新一代高效催化劑——活躍“甜甜圈”

材料牛注：新型綜合雙功能固體催化劑的“活躍甜甜圈”結構概念，不僅突破了稀有元素對傳統催化劑的限制，更為未來催化劑的的設計提供了新思路。

阿姆斯特丹大學的學生設計了一種新型催化劑，這種催化劑延長有效的化學反應過程。它可以從稀薄的空氣制造出選擇性過氧化物類試劑，在在此類試劑雙重作用機制下醇被氧化成羰基化合物，該項研究結果已經由Chemistry（一個歐洲雜志）公布在網上。

該大學碩士研究生Thierry Slot是一位處于研究可持續化學高端領域的研究人員。他成功地解決了一個棘手的問題：用分子氧（空氣）活化醇作為選擇性催化劑。這是一種可促進氧的級聯活化，其次醇脫氫的綜合雙功能固體催化劑。由Thierry Slot和本科二年級學生Peter Jungbacker 、Dylan van Noordenne共同設計合成。

這種新型催化劑主要由碳組成，還含有少量的氮、氧，鈷，鐵或銅等元素，并且不含鉑或鈀等貴重金屬元素。用第一行過渡金屬元素替換催化劑中的稀有元素和貴金屬元素，一直以來都是阿姆斯特丹大學研究的一個重要研究課題。

芐基醇和烯丙醇是在精細化學、農用化學品和香精香料領域的重要中間體。其中把這些醇氧化為醛和酮是一個難題，無論使用分子氧還是空氣，激活氧需要的高溫能引發其它一系列的副反應，因此不可避免地會氧化該分子中其他的位置。這在現實中非常常見，一般有兩種解決方法：一種是使用鉑催化劑；另一種則是使用活化氧化劑，例如過氧化物分子。但是鉑金是罕見的金屬元素價格昂貴，而過氧化物是有害試劑，價格也比空氣貴。

幾個月之前，可持續化學研究團隊在氮摻雜碳的基礎上開發設計了一種新型催化劑。這種材料可以“捐”電子給氧分子，延長O-O鍵，并且憑空制造出一種過氧狀態。

在反應活動表面金屬氧化物納米顆粒可以催化醇的有機氧化。這種組合能產生一種環形區域，讓氧的活化和醇的氧化在該區域同時進行。事實上這種“活躍甜甜圈”的概念已經影響到其它雙功能固體催化劑的設計。

項目的設計教授Gadi Rothenberg 和?David Eisenberg. Rothenberg博士都與該實驗頗有淵源。David Eisenberg. Rothenberg博士說道：“我的博士項目專注于烯丙基和芐基催化氧化。我們試著用氧氣但效率低下，所以大部分實驗都是選擇過氧化劑來完成。如今二十年過去了，我們最終還是解決了這個問題。我們制造出了在溫和條件下，可從空氣中選擇性地激活氧的特殊材料。”

參考原文鏈接：Chemistry students solve decades-old oxidation puzzle

本文有編輯部王旗提供素材，畢瑜編譯，劉宇龍審核。

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