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离子液体与纳米碳的主客体型催化材料


离子液体是一种由离子组成的液体,其极性、亲脂性、亲水性、催化活性等可以通过阳离子和阴离子的改变而进行调变,因此也常被称为“可设计的溶剂”。

催化研究部苏党生研究员等系统研究了纳米碳材料与离子液体间特殊的作用力,并用物理剥离实现离子液体在纳米碳表面的单层存在。少层存 在的离子液体,可分散分子催化剂,实现单分子催化,使反应过程兼具均相催化和非均相催化的优势。催化过程中,离子液体同时可对催化 剂活性位产生电子诱导效应,进而极大提高催化剂的TOF。

纳米碳材料表面化学惰性较强,使其表面难于调控。通过离子液体的选择,可得到不同功能化离子碳表面。在离子剥离过程中,碳表面对其存 在表面限域效应和排列导向作用可使其在不同缺陷度表面形成相应的离子液体衍生碳。通过调控,碳可得到不同性质,如超亲水或超疏水,酸性 或碱性等。这些可调控的性质,每一种对碳材料在直接催化领域的提升都意义重大。

本工作创新之处在于,实现离子液体在碳表面的可控调节,实现催化剂在碳表面的单分子催化,解决了工业催化过程中分离和活性的两个长期相悖的问题。首次使本身无法交联的离子液体产生高效交联,消除了离子液体成碳过程中离子液体的选择少和效率低的限制。(ChemSusChem. 7(2014)1542;Green Chem. 2014, DOI:10.1039/C4GC01814A; Angew. Chem. Int. Ed. 2014, DOI: 10.1002/anie.201408201)

DBT conversion with same amount of catalysts, TOF and MSA of different catalyst systems.

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