新型超细纳米线作为催化剂在催化氧化、还原领域的研究

随着纳米材料科学的发展，纳米尺度的材料作为非均相催化剂在分子合成催化领域的研究越来越多的得到人们的关注。项目通过化学合成的手段，得到一种新型的超细纳米线结构材料,该材料表面结构规整，晶面取向单一。进一步的研究表面，这类材料比已报道的纳米晶体具有更高的催化活性和选择性。由此，我们提出以该类纳米结构为模板，经过不同的表面功能化处理，制备一系列不同组分的新型纳米线结构的研究思路，并将其作为非负载型催化剂，应用于醇、烯烃的氧化及羰基、硝基、烯烃、炔烃的还原。本项目拟采用纳米材料制备、催化合成及化学计算相结合的方法，旨在为化学合成寻求低成本、高效、高选择性的非均相催化剂。本项目将从实验结果和化学计算两方面阐明该类材料的催化机理，为发展新一代的纳米催化材料提供更充分的科学依据。本项目研究内容国内外未有报导。

随着纳米材料科学的发展，纳米尺度的材料作为非均相催化剂在分子合成催化领域的研究越来越多的得到人们的关注。本项目通过化学合成的手段，得到一种新型的超细纳米线结构材料,该材料表面结构规整，晶面取向单一。并以该类纳米结构为模板，经过不同的表面功能化处理，制备一系列不同组分的新型纳米线结构。.以该类纳米线结构材料为非负载型催化剂，应用于醇、烯烃的氧化、羰基、硝基、烯烃、炔烃的还原及C-N单键、N=N双键的还原偶联，取得了理想的结果：.在催化还原领域，该项目实现了在绿色条件下的芳基化合物的低压、常温（<60度）的全还原，与同组分的其他结构催化材料相比，条件更加温和、效率更高。以喹啉类化合物为底物的情况下，可以实现含氮杂环的选择性还原，还原效率达到97%以上；.在催化氧化领域，实现了C=C双键的选择氧化，实现烯烃到环氧及烯烃到醛的可控转化。在苯乙烯到苯甲醛的过程中实现单循环转化效率40%，在二苯乙烯到环氧化合物的过程中实现单循环转化效率80%以上；.在催化偶联方面，发现了由硝基化合物与醛基化合物一步法还原偶联生成C-N单键的新方法，并以此为研究对象，通过量子化学、在线气相等手段，探讨了该过程的机理。区别于传统的还原氨基化，该合成过程不需要经过生成席夫碱的中间过程，而通过催化材料表面的活性氢与分子内羟基作用生产水离去的方式，一步法实现C-N单键的合成。我们把该反应过程命名为还原偶联化（reductive coupling）。.我们发现并发展了一种新型的偶氮类化合物合成的方法：以硝基化合物为前体，在碱性条件下，氢气氛围下，实现偶氮类化合物的快速合成。与文献报道的重氮盐方式获纳米金催化的氧化方式相比，此反应更加快速、高效。在常压氢气，80度条件下，3小时内实现大于90%的偶氮收率。.在该项目的实施过程中，共发表SCI论文15篇，其中11篇发表于影响因子大于5的期刊。获得授权专利7项。培养研究生7名。