《水相綠色合成反應中分子氧的電催化激活行為研究》是依託浙江工商大學，由叢燕青擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水相綠色合成反應中分子氧的電催化激活行為研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：叢燕青
- 依託單位：浙江工商大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用環境友好的分子氧為氧化劑的電催化反應為有機合成提供了安全穩定及綠色的氧化途徑。如何高效可控激活分子氧產生強氧化性瞬態自由基是亟待解決的關鍵問題。本申請擬以苯酚氧化合成苯醌為模型反應，以電催化可控激活分子氧為研究目的，從電極材料、電極電位、自由基檢測、微觀和瞬態等角度研究分子氧在電催化作用下的激活行為，通過質子交換歷程催化誘發產生強氧化性自由基，選擇性氧化合成有機物，探索新的合成途徑和清潔生產原理。將具有催化活性的過渡金屬修飾到電極表面，控制電極電位，調節到達電極活性位的質子和電子總量，從而控制分子氧激活產生的強氧化性自由基強度，實現反應過程可控和反應高選擇性。通過現代儀器分析手段從分子水平原位監測分子氧激活產生的自由基瞬態物種，探明分子氧電催化激活行為以及選擇性氧化的關鍵因素，為構築新型電催化體系並獲得在綠色有機合成中的廣泛適用性奠定基礎。
結題摘要
空氣為氧化劑和水為溶劑使有機反應在經濟上和環境上都具有特別的意義，如何直接利用空氣中大量存在的氧氣為氧化劑提供合成試劑是一項具有挑戰性的工作。本研究以電催化技術為核心，在常溫下激活分子氧，選擇性氧化合成有機物，實現不需外加氧化劑的綠色有機合成。從電極材料入手，採用陰極電沉積-陽極氧化技術、化學還原、電漿刻蝕活化等方法製備了二氧化鈦納米管複合電極、雙金屬改性碳納米管複合電極、電漿改性活性炭纖維陰極等系列電極材料，套用XRD、SEM、XPS、EIS等技術對電極理化性能進行了分析比較。以苯酚氧化合成苯醌為模型反應，考察所製備過渡金屬複合電極的催化性能，提高苯醌水相合成反應選擇性和得率。研究發現，在電催化作用下，不活潑的氧氣可以被激活，產生了氧化性的活性物質，使合成產物苯醌的收率大大提高。Ag/Cu改性碳納米管對苯酚轉化率最高，Ag/Co改性碳納米管苯醌的收率和選擇性最高。在相同苯酚轉化率下，Ag-Co原子比為2:1時苯醌選擇性最高，達到91.8％。分子氧的激活途徑主要有兩種：（1）分子氧在電催化作用下被激活生成氧化性活性物質，氧化性物質再氧化苯酚合成苯醌；（2）分子氧在改性電極過渡金屬活性位處形成瞬態氧絡合物，苯酚與瞬態氧絡合物在電極活性位處發生電子轉移反應生成苯醌。不需外加氧化劑，以空氣為氧化劑、水為溶劑進行有機合成反應是可行的，這為綠色化工合成開闢了一條新途徑。
