华南理工彭新文AM：铁单原子催化用于喹啉合成

Nanoyu

2021-07-19

单原子催化生产高价值化学品因其显著的选择性而成为工业研究的热点。迄今为止，成功的报道大多是基于气相反应，而关于液相催化的报道相对较少，这主要归因于单原子催化剂（SACs）对反应物的活化不足，以及在溶液中的不稳定性所致。

近日，新加坡国立大学Kian Ping Loh，华南理工大学彭新文教授报道了通过将金属离子前体固定在天然木材中，然后碳化转化为稳定的SACs，成功构建了一个稳固的SACs体系。

文章要点

1）研究人员采用了一种改进的自上而下的方法，将SAC固定在层次化多孔碳上。通过制浆造纸工业中形成黑液的类似预处理工艺，利用金属离子前驱体（FeCl₃、CoCl₂、NiCl₂或CuCl₂）处理天然桦木，金属离子在预处理过程中强烈结合了木质素中的含氧基团，并破坏β-O-4醚键。然后，水热处理的木材在高温下用外源氮源（尿素）碳化，从而转化为稳定的SAC（Fe-T SACs，其中T代表热解温度）。

2）研究发现，通过优化金属与N₄的配位（金属=Fe、Co、Ni或Cu），发现其对三元环氧化合成6-甲氧基-2-苯基喹啉表现出优异的活性和选择性（68%），优于基准的Pd/C、Fe/C和均相FeCl₃催化剂。而密度泛函理论（DFT）计算表明，Fe-N₄配位中心比Fe-C₂ N₂和Fe-C₁N₃催化中心具有更低的缩合和产物解吸反应势垒，从而提供了更高的反应效率。

所合成的碳基SAC的综合用途，再加上其可重复使用和可扩展性，使其在工业规模催化领域中具有广阔的应用前景。

参考文献

Zhongxin Chen, et al, Iron Single Atom Catalyzed Quinoline Synthesis, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202101382

https://doi.org/10.1002/adma.202101382