原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00230

2. Single-Atom Catalysis toward Efficient CO2 Conversion to CO and Formate Products (单原子催化用于 CO2 高效转化为 CO 和甲酸盐产物) Accounts of Chemical Research, 2019, 52, 656-664.

简单而高效的单原子催化剂 (SACs) 包含原子级分散于载体上的金属活性中心，在广泛的催化反应中受到越来越多的关注。SACs 在 CO2 化学转化中表现出了独特的性能就是一个具体的例子。SACs 独特的结构对 CO2 分子的吸附活化、中间体从载体向活性金属位点的转移以及在 CO2 转化过程中产生理想的产物具有吸引力。

在这篇文章中，作者举例说明了课题组最近在热催化和电催化的 CO2 转化方面所做的努力。在单原子催化中，载体的选择对其稳定性、活性和选择性都有重要影响，载体不仅要稳定，而且要与单个活性位点相互协作。从不同反应环境中 SAC 的载体设计角度，深入讨论了 SAC 体系结构的三种独特策略：晶格匹配的氧化物担载，杂原子掺杂的碳锚定和模拟的配体螯合。为了实现将 CO2 高温热还原为 CO，选择了与 IrO2 活性位晶格匹配的 TiO2 (金红石) 作为载体，以实现 Ir1/TiO2 SAC 的热稳定性；由于有效地阻止了在单个 Ir 活性位上将 CO2 过度还原为甲烷，该催化剂表现出高效 CO2 转化率和优异的 CO 选择性。在低温电化学还原 CO2 的过程中，开发了硫共掺杂的 N-石墨烯，以在导电石墨烯载体上获得独特的 d9-Ni 单原子。这不仅将原子Ni活性位点捕获到石墨烯的基底中，还可以调节单核Ni中心的电子构型，从而通过便捷的电子转移促进了CO2的活化，并改善了电还原活性。受Ir单核均相催化剂CO2加氢形成甲酸的启发，针对性地制备了具有网状氨基吡啶基团官能化的多孔有机聚合物 (POPs) 来模拟均相配体环境以螯合 Ir 单原子活性中心，并且使这种准均相 Ir1/POP 催化剂在液相中温和条件下可以高效地将 CO2 加氢制甲酸。这种 SAC 对 CO2 的转化至关重要，它们的协调环境有助于激活 CO2。由于在单个原子位点上使 CO2 的第二个 C-O 键解离的能垒很高，因此这些催化剂对 CO 或甲酸盐产品具有很高的选择性。由于使用了 SAC，CO2 的转化在各种化学环境中变得更加容易。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.8b00478

3. Supported Noble-Metal Single Atoms for Heterogeneous Catalysis (负载型贵金属单原子催化剂用于多相催化) Advanced Materials, 2019, 31, 1902031.

单原子催化剂 (SACs)，包含载体上担载的原子级分散的活性金属位点，作为一种新型的催化材料，以其独特的催化性能在催化领域具有广阔的应用前景。为了构建具有精确结构和高密度的单原子位点的SACs，同时要防止单原子聚合为纳米颗粒。近年来，通过改善载体上活性位点的分布和化学键合，开发出了多种化学合成方法，这使得催化剂在各种催化反应中具有优异的活性和选择性。本文讨论了贵金属 SACs，重点介绍了它们的结构特性、化学合成和催化应用。并讨论了其构效关系和潜在的催化机制，包括表面物种的影响和载体还原性对活性和稳定性的影响，受金属/载体相互作用调节的单原子中心独特的结构和电子性质对催化活性和选择性的影响，以及通过抑制多原子而得到的改性催化机理如何涉及催化路径。最后，展望了这一领域的发展前景和面临的挑战。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902031

4. Zeolite-supported metal catalysts for selective hydrodeoxygenation of biomass-derived platform molecules (沸石负载金属催化剂用于生物质衍生平台分子的选择性加氢脱氧) Green Chemistry, 2019, 21, 3744-3768.

对可再生化学品和燃料的需求不断增长刺激了对替代原料的寻求，并推动了向以可再生能源为基础的社会的持续过渡。在生物质来源和衍生的中间体 (所谓的平台分子) 的增值方面已经进行了相当多的学术研究，以生产增值的化学物质和燃料。在这项研究中，作者讨论了将沸石负载的双功能催化剂应用于生物质原料加氢脱氧 (HDO) 转化为化学品和燃料的可行性。这种金属/沸石催化剂体系在许多生物质 HDO 途径中起着重要作用。重点介绍了金属/沸石催化的三种选择性的、有前途的 HDO 的研究进展，包括生物衍生平台分子和模拟更复杂原料的模型化合物。讨论了金属/沸石催化剂的四个关键概念，如结合金属和 Brønsted 酸中心，位点比例平衡，金属和酸官能团之间的接近度和形状选择性，以提供全面的概述。另外，讨论了与活性位的可及性和催化剂在液相(通常为热的、高极性和质子反应介质)中稳定性有关的两个挑战。最后，考察了有关开发用于生物质 HDO 反应的金属/沸石催化剂的挑战和前景。

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https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/GC/C9GC01216H#!divAbstract

5. Transition metal carbide catalysts for biomass conversion: A review (过渡金属碳化物催化剂在生物质转化中的应用研究进展) Applied Catalysis B: Environmental, 2019, 254, 510-522.

对可持续能源日益增长的需求已经使得研究人员开始了对各种催化剂上的生物质转化的研究。其中，过渡金属碳化物在各种化学反应中表现出不同于过渡金属或贵金属的反应活性和选择性。在本综述中，作者总结了近年来过渡金属碳化物的合成及其在生物质转化中的应用研究进展，重点介绍了过渡金属碳化物催化转化 (hemi) 纤维素、木质素和一些典型的平台化合物为燃料或精细化学品的反应，包括 C-C、C-O-C 和 C-O-H 键断裂。在此基础上展望了过渡金属碳化物催化剂今后的研究方向和详细的反应机理研究。

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https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.05.034

二. 单原子催化剂在多相催化及生物质转化中的应用研究

6. Atomically dispersed nickel as coke-resistant active sites for methane dry reforming (原子级分散Ni作为耐焦化活性位点用于甲烷干法重整) Nature Communications, 2019, 10, 5181.

甲烷干法重整 (DRM) 是利用二氧化碳作为化学原料，将甲烷转化为有价值的合成气并同时减少这两种温室气体的一种极具吸引力的途径。Ni 基 DRM 催化剂由于具有较高的活性以及成本低廉而备受关注，但由于焦炭的形成使其稳定性较差，因而阻碍了其商业化推广。在本研究中研究者发现，基于与Ce掺杂的羟基磷灰石相互作用可以有效稳定原子级分散的 Ni 单原子，并且可以作为 DRM 反应高活性和耐焦化催化位点。实验和计算研究表明，孤立的 Ni 原子本质上是耐焦化的，因为它们只激活 CH4 中的第一个碳氢键，从而避免了甲烷被深度分解成碳。这一发现为利用地球丰富的催化剂用于大规模 DRM 工艺提供了新的机遇。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12843-w

7. Unraveling the coordination structure-performance relationship in Pt1/Fe2O3 single-atom catalyst (阐明Pt1/Fe2O3单原子催化剂的配位结构与性能的关系) Nature Communications, 2019, 10, 4500.

非均相单原子催化剂 (SAC) 为在分子水平建立与均相催化相似的结构-性能关系开辟了一条独特的道路。挑战在于如何控制单个原子的配位化学而不改变其分散性。在本研究中，研究者开发了一种有效的 SAC 合成方法，即使用乙二胺螯合 Pt 阳离子，然后在惰性气氛中通过快速热处理 (RTT) 除去乙二胺。仅通过调节 RTT 温度就可以精细调控 Fe2O3 载体上 Pt 单原子的配位化学。随着 Pt-O 配位数的减少，Pt 的氧化态降低，因此加氢活性增加到创纪录的水平而没有损失化学选择性。局部配位化学的可调节性、金属的氧化态以及单个原子的催化性能揭示了 SAC 作为非均相和均相催化之间桥梁的独特作用。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-019-12459-0.

8. Making JP-10 Superfuel Affordable with a Lignocellulosic Platform Compound (用木质纤维素平台化合物使JP-10超级燃料变得廉价) Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 12154–12158.

近年来，以木质纤维素平台化合物为原料合成可再生航空燃料受到广泛关注。到目前为止，大部分工作都集中在传统喷气燃料的生产上。JP-10 是一种目前从化石能源获取的先进喷气燃料。由于其优异的性能，JP-10 已广泛应用于军用飞机。然而，其价格昂贵、实用性差等缺陷限制了其在民用航空领域的应用。在此，研究者报道了一种利用农林残留物工业化生产糠醇，并合成生物 JP-10 燃料的新策略。在优选条件下，生物 JP-10 燃料的总碳产率较高 (65%) 。初步的经济分析表明，采用这种新策略，生物 JP-10 燃料的价格可以从 7091 美元/吨 (通过化石燃料路线) 大幅降低到 5600 美元/吨以下。这一工作使得生物 JP-10 燃料的实际应用具有一定的前景。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201906744

9. Integrated Conversion of Cellulose to High-Density Aviation Fuel (纤维素向高密度航空燃料的综合转化) Joule, 2019, 3, 1028–1036.

将可再生木质纤维素催化转化为运输燃料是实现能源安全和减少二氧化碳排放的关键。本研究报道了一种通过纤维素 (一类丰富且不可食用的生物质原料) 生产高密度航空燃料的有效策略。首先，选择性地将纤维素转化为 2, 5-己二酮，分离收率为 71.4 %。随后，在双床催化剂体系上，2, 5-己二酮与氢气进行醛缩加氢和加氢脱氧反应，直接得到了 C12 和 C18 支化聚环烷烃的混合物，其产碳率为 74.6 %。该工艺制备的聚环烷烃混合物密度高 (0.88 g mL-1) ，凝固点低 (225 K) ，在实际应用中可作为先进的航空燃料或添加剂，提高常规航空燃料的体积热值。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.02.005

10. One-Pot Production of Cellulosic Ethanol via Tandem Catalysis over a Multifunctional Mo/Pt/WOx Catalyst (多功能 Mo/Pt/WOx 催化剂串联催化一锅法生产纤维素乙醇) Joule, 2019, 3, 1937–1948.

纤维素乙醇是最重要的生物燃料之一，但其商业化生产受到生物转化过程低效率和高成本的阻碍。本研究报道了一种新的化学催化法用于一步生产纤维素乙醇。利用 Mo/Pt/WOx 多功能催化剂，纤维素经过一步反应直接转化为乙醇，产率高达 43.2 %。动力学分析表明，该一步反应过程包括纤维素至乙二醇的串联催化反应 (快速反应) 和乙二醇至乙醇的氢解反应 (缓慢反应) 。表征结果表明，在介孔 WOx 载体上，金属 Pt 颗粒与低配位和孤立的 MoOx 相结合，构成了 xOMo-Pt-WOx 界面位点，可以高活性地催化乙二醇 C-O 裂解。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.05.020

11. Unlock the Compact Structure of Lignocellulosic Biomass by Mild Ball Milling for Ethylene Glycol Production (通过温和的球磨解开木质纤维素生物质的紧凑结构用于乙二醇生产) ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 2019, 7, 679-687.

球磨预处理是促进木质纤维素生物质催化转化为乙二醇的有效方法。当芒草经过 450 rpm 的球磨机加工 3-6 h 后，EG 产率达到了 52 % 左右，与纯纤维素转化的结果相当。通过X射线衍射、扫描电镜、粒度分布分析仪、接触角测量、热重分析-差示扫描量热法、傅立叶变换红外光谱等手段表征了生物质的结构和反应残渣，探讨了其促进作用的原因。适当的球磨将(半)纤维素从紧密的植物组织中分离出来，而不影响纤维素的结晶度。生物质的大小减少到 30 μm 和改进的可反应性(半)纤维素，导致亲水表面和高能态的生物质催化转化。在催化转化过程中，糖中间体与多相加氢催化剂之间的传质得到了改善。相应地，糖中间体的自反应、糖中间体与木质素馏分之间的反应被抑制，从而提高了 EG 收率。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.8b04262

12. ReOx/AC-Catalyzed Cleavage of C–O Bonds in Lignin Model Compounds and Alkaline Lignins (ReOx/AC催化分解木质素模型化合物和碱性木质素中的 C-O 键) ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 2019, 7, 208-215.

基于异质 ReOx/AC 催化剂开发了一种有效的裂解木质素 α-O-4二聚体和各种碱性木质素 (包括来自制浆工业的木质素) 中的 C-O 键的方法。在最佳条件下，可以从 α-O-4 模型化合物中获得高收率的芳族单体 (最高达 98.0 ％) ，从实际的木质素中获得最高达 80.1 ％ 的木质素油以及来自实际木质素的 24.5 ％ 的单体。碱性杨木木质素提供的丁香基丙烷和4-丙烯基丁香酚的最高收率分别为 6.6 % 和 7.4 %。根据 XPS 和 EXAFS 表征结果，ReOx/AC 的活性位点可以归结为 ReIV-VI。比较了不同植物种类 (硬木，软木和草本作物) 的木质素结构，并详细研究了 ReOx/AC 对这些木质素的活性。分离的木质素和木质素油的 GPC 和 2D HSQC NMR 分析表明，硬木木质素比软木和草木木质素更易于解构，原因是 β-5 键的数量较少、分子量较低且硬木中木质素的丁香烯基 (S) 单元更丰富。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.8b02929

13. Catalytic conversion of ethanol into butadiene over high performance LiZnHf-MFI zeolite nanosheets (高性能LiZnHf-MFI分子筛纳米片催化乙醇转化为丁二烯) Green Chemistry, 2019, 21, 1006-1010.

与微孔 MFI 催化剂相比，由于纳米片结构与酸性位调制的协同作用，使得在 LiZnHf-MFI 分子筛纳米片催化剂表现出的优越乙醇转化为丁二烯催化性能。

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/GC/C8GC03983F#!divAbstract

14. One-pot conversion of lysine to caprolactam over Ir/H-Beta catalysts (Ir/H-Beta催化剂一步法将赖氨酸转化为己内酰胺) Green Chemistry, 2019, 21, 2462-2468.

氨基酸赖氨酸可以用作合成己内酰胺 (CPL) ，石油衍生单体的理想生物基原料。在研究中，研究者报道了在双功能金属负载型催化剂上通过氢解将L-赖氨酸一步转化为 CPL。在各种加氢金属和不同的载体中，Ir 和 HB 沸石的组合具有最佳性能。在最佳条件下，通过 2Ir/HB-124 催化剂在 250 oC 高压釜或固定床反应器中，L-赖氨酸的 CPL 产率为 30 %，反应中间体α-二甲基氨基己内酰胺 (DMAC) 的产率为 58 %。研究发现反应溶剂极大地影响了反应的选择性，而甲醇是最好的溶剂，这是因为甲醇对形成α-二甲基氨基己内酰胺的独特贡献以及随后 C-N(CH3)2 的 C-N 键破坏。催化剂上的酸位加速内酰胺的形成，酸位和氢化位之间的协同作用有利于 C-N 键氢解生成 CPL。除酸度外，HB 的大孔径还能在孔内容纳较大的反应中间分子，进一步确保了 Ir/HB 的优异性能。本研究还确定了反应路线，即L-赖氨酸首先进行环化和 N-甲基化为 DMAC，然后 C-N(CH3)2 键氢解形成 CPL。Ir/HB 催化剂具有较好的稳定性和高的选择性，这使得这种一步法转化工艺成为了一种由易于获得的可再生原料生产CPL 的新颖且环境友好的方法。

原文链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/GC/C9GC00415G#!divAbstract

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