新一代高效催化剂——活跃“甜甜圈”

材料牛注：新型综合双功能固体催化剂的“活跃甜甜圈”结构概念，不仅突破了稀有元素对传统催化剂的限制，更为未来催化剂的的设计提供了新思路。

阿姆斯特丹大学的学生设计了一种新型催化剂，这种催化剂延长有效的化学反应过程。它可以从稀薄的空气制造出选择性过氧化物类试剂，在在此类试剂双重作用机制下醇被氧化成羰基化合物，该项研究结果已经由Chemistry（一个欧洲杂志）公布在网上。

该大学硕士研究生Thierry Slot是一位处于研究可持续化学高端领域的研究人员。他成功地解决了一个棘手的问题：用分子氧（空气）活化醇作为选择性催化剂。这是一种可促进氧的级联活化，其次醇脱氢的综合双功能固体催化剂。由Thierry Slot和本科二年级学生Peter Jungbacker 、Dylan van Noordenne共同设计合成。

这种新型催化剂主要由碳组成，还含有少量的氮、氧，钴，铁或铜等元素，并且不含铂或钯等贵重金属元素。用第一行过渡金属元素替换催化剂中的稀有元素和贵金属元素，一直以来都是阿姆斯特丹大学研究的一个重要研究课题。

苄基醇和烯丙醇是在精细化学、农用化学品和香精香料领域的重要中间体。其中把这些醇氧化为醛和酮是一个难题，无论使用分子氧还是空气，激活氧需要的高温能引发其它一系列的副反应，因此不可避免地会氧化该分子中其他的位置。这在现实中非常常见，一般有两种解决方法：一种是使用铂催化剂；另一种则是使用活化氧化剂，例如过氧化物分子。但是铂金是罕见的金属元素价格昂贵，而过氧化物是有害试剂，价格也比空气贵。

几个月之前，可持续化学研究团队在氮掺杂碳的基础上开发设计了一种新型催化剂。这种材料可以“捐”电子给氧分子，延长O-O键，并且凭空制造出一种过氧状态。

在反应活动表面金属氧化物纳米颗粒可以催化醇的有机氧化。这种组合能产生一种环形区域，让氧的活化和醇的氧化在该区域同时进行。事实上这种“活跃甜甜圈”的概念已经影响到其它双功能固体催化剂的设计。

项目的设计教授Gadi Rothenberg 和 David Eisenberg. Rothenberg博士都与该实验颇有渊源。David Eisenberg. Rothenberg博士说道：“我的博士项目专注于烯丙基和苄基催化氧化。我们试着用氧气但效率低下，所以大部分实验都是选择过氧化剂来完成。如今二十年过去了，我们最终还是解决了这个问题。我们制造出了在温和条件下，可从空气中选择性地激活氧的特殊材料。”

参考原文链接：Chemistry students solve decades-old oxidation puzzle

本文有编辑部王旗提供素材，毕瑜编译，刘宇龙审核。

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