催化基础理论研究获新进展

原文来源：科学网

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注：这是科学网博客上童伟益老师的一篇日志，给出了很多催化方面的综述：无论是多相、单相，亦或者其他诸如电催化光催化，基础的知识等等，一应俱全。

原文题目：All for Catalysis- Reviews on Catalysis and Catalyst Materials，那些Super Masters和那些Classic Reviews，

，转载时将题目缩短为Reviews on Catalysis and Catalyst Materials。

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钯催化碳氢活化研究取得进展

文章来源：科学网

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现在在实验室做的光催化降解有机物，选用的标准物是甲基橙。其颜色较深，在发生光化学反应后容易通过肉眼观测，从而决定是否要进一步检测其中甲基橙的浓度的变化。不过另一方面也可以不这样考虑，这是由于检测甲基橙浓度的方法也很简单，就是在最大吸收波长下照射你的样品，进一步计算器浓度的变化；若嫌这样麻烦的，也可以看下峰高即可。更为好的方法是利用紫外可见光度计得到其在一定波段范围内的吸收光谱，比较峰高、最大吸收波长位置等。我们知道光降解其实就是光引发的自由基反应。在这个过程中会产生一系列的中间产物。如果你反应的时间不是很长的话，有可能检测到一些中间产物（虽然概率极其渺茫，毕竟这样的中间产物都很不稳定）。通过比较峰的个数，峰高、最大吸收波长等来综合判断你的催化剂的效果。

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文章来源:中国科学院中科院大连化物所李灿院士研究组利用双共催化剂发展了Pt-PdS/CdS三元光催化剂，在可见光照射下，利用Na2S作为牺牲试剂，产氢量子效率达到93%，这是迄今为止报道的光催化产氢最高的量子效率。该工作作为priority communication发表在近期的Journal of Catalysis上（J. Catal., DOI: 10.1016/j.jcat.2009.06.024）。美国C&E News立即进行了a full-page story 的报道。其中，日本东京大学光催化研究专家K. Domen 教授也给予了高度评价，认为该工作提供了一种人工设计高效光催化剂的方法。这是李灿研究组继在光催化剂表面异相结（Angew. Chem. Int. Ed., 120: 1766-1769 2008）和异质结及其光催化制氢性能（J. Am. Chem. Soc., 130: 7176-7177 2008）的研究工作之后在太阳能光催化制氢方面取得的又一进展。太阳能光催化制氢作为解决能源危机和环境问题的一个重要途径，受到世界各国的高度重视。提高可见光区量子效率是这一领域的研究目标和最大挑战之一。在光催化过程的两个半反应中（电子还原和空穴氧化），氧化半反应被认为是光催化过程的主要瓶颈。李灿团队通过精心设计组装光催化剂，在光催化剂 (CdS) 表面共担载还原 (Pt) 和氧化 (PdS) 双组份共催化剂，有效地解决了电子和空穴的分离和传输问题，利用牺牲试剂在可见光照射下取得了93%的产氢量子效率，已经接近自然界光合作用原初过程的量子效率水平。该工作发展了一种高效光催化重整硫化氢溶液制氢的技术，由于氧化共催化剂的担载有效地避免了光催化剂的光腐蚀现象，使该三元催化剂表现出很高的稳定性，显示出重要的工业应用前景。该工作提出了一种人工模拟光合作用设计高效光催化剂的思路，即通过分别组装合适的氧化和还原双共催化剂在空间上避免光生电荷复合，可以极大地提高光生电荷的分离和传输效率，从而大幅提高量子效率。这对发展太阳能高效光催化剂及光催化制氢和还原CO2过程具有重要指导意义。原文链接:http://www.cas.ac.cn/10000/10003/10000/10000/2009/137611.htm

记得第一次听说有“水变油”这码事还是在2000（千禧年），李洪志搞谬论的时候。当时结果很显然：从原子方面说，靠人是无法将原子更换种类的，也就是说在化学反应中（也就是没有高能物理仪器的参与下）原子只是变换连接方式，本身属性并不发生变化。可是，科技在进步。（基本的化学原理并没有变化）只不过这里的“油”不同于寻常——只是一种可以驱动车辆的燃料——

莱斯纳和他的同事弗雷泽·阿姆斯特朗（Fraser Armstrong）经过研究发现，一种细菌性氢化酶对氢气和氧气都更有抵制力。法国格勒诺布尔(Grenoble)约瑟夫傅立叶大学（University of Joseph Fourier）的胡安·冯特西亚-坎普斯（Juan Fontecilla-Camps）最先分离出了镍、铁和硒含量丰富的酶。这类酶由一种能导致硫酸盐减少的细菌（sulphate-reducing bacterium）生成。(参考：中国水网 原文链接）

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二氧化钛光(TiO2)催化作为一种绿色的氧化方法，在有机污染物降解方面的应用受到了广泛的重视。在（太阳光的照射下）紫外光激发二氧化钛产生的空穴及羟基自由基具有很强的氧化性，能够将大部分有机污染物氧化分解为二氧化碳、水等无机产物。但是二氧化钛却有一个缺点——对所氧化的物质不存在选择性，因此光催化氧化方面的研究一直进展缓慢。在国家自然科学基金委、科技部以及中科院的资助下，中科院化学所光化学院重点实验室的科研人员利用染料/TiO2可见光光催化反应原理，有效避免了空穴和羟基自由基的产生，在常温常压下直接利用分子氧，高选择性地将醇类化合物氧化为对应的醛，成功地将可见光催化用于有机物的绿色选择性氧化反应。该课题组长期致力于将光催化反应从紫外光区拓展到可见光区，从而实现在太阳光照射下光催化消除污染物的研究。以前的实验揭示了二氧化钛催化剂光催化的原理。染料/TiO2可见光光催化反应是利用染料分子吸收可见光，从而使部分染料分子激发。我们已经知道激发态的染料分子能够向二氧化钛导带 注入电子形成不稳定的染料自由基，导带电子和氧气反应生成超氧阴离子等活性物种，在活性氧物种和氧气的共同作用下，染料自由基被氧化分解。通过对光催化机理的不断深入研究，科研人员发现，在光催化反应过程中，如果能够抑制染料自由基和氧气及活性氧物种的反应，就可以使染料分子催化循环而不发生降解。选择具有合适氧化还原电位的蒽醌类染料茜素红（AR，一种便宜的商品化染料），构建了染料/TiO2/TEMPO可见光光催化体系。在可见光照射下，茜素红经历了光化学循环，并驱动有机催化剂TEMPO循环，而此循环可高选择性地氧化有机溶剂中的醇类化合物为相应的醛。该体系适用于芳香醇、脂肪醇、含α-β双键的醇，含氮杂原子的醇等一级醇的选择性氧化，选择性高于99%，转化数（TON）可高于600。通过顺磁共振等研究，证明了染料自由基的生成，以及染料自由基和TEMPO的电子转移过程。来源：中国科学院