韩布兴院士等人又一Nature子刊：Zn基高效催化剂合成

通讯作者：张泽会；韩布兴

通讯单位：中南民族大学；中科院化学所

C（CO）-C的选择性裂解和功能化对于将酮转化为增值产品至关重要。目前的催化剂在温和条件下氧化裂解惰性C（CO）-C键的活性很低。设计多相催化体系以在温和条件下有效催化C(CO)-C键的有氧氧化裂解极为重要。

中南民族大学张泽会教授和中科院化学所韩布兴院士合作制备了Zn基多相催化剂（Zn/NC-X），其中Zn2+与微孔N掺杂碳（NC）上的N配位。该催化剂可以有效催化C(CO)-C键的有氧氧化裂解。相关工作以“Zn-Nx sites on N-doped carbon foraerobic oxidative cleavage and esterification of C(CO)-C bonds”为题发表在Nature Communications上。

图1. Zn/NC-950的表征：（a）STEM、SEM图像以及Zn/NC-950催化剂的N和Zn元素分布图；（b）Zn/NC-950催化剂的原子分辨率HAADF-STEM图像，其中亮点是Zn中心，其中一些用红色圆圈突出显示；（c）Zn/NC-950和NC-950的N 1sXPS光谱；（d）Zn/NC-950在Zn K-edge的XANES、（e）FT-EXAFS光谱和（f）FT-EXAFS拟合曲线。插图：Zn/NC-950中Zn位点的结构模型。 

图2. 能量分布：选择苯乙酮与甲醇氧化裂解为苯甲酸甲酯简化计算。

实验结果表明：植被的Zn/NC-950催化剂对酮的C(CO)-C键的有氧氧化裂解和酯化显示出良好的催化性能。苯乙酮在100°C下转化为苯甲酸甲酯的TOF为7.5 h-1的活性。产率为99%。Zn/NC-950可用于广泛的苯乙酮衍生物以及更具挑战性的烷基酮。

详细的机理研究表明：Zn/NC-950的催化性能可归因于Zn2+和N之间的配位作用改变了金属的电子状态，Zn单中心与其周围N原子的协同作用，以及具有高表面积和NC结构缺陷的微孔结构。

参考文献：

Chao Xie, Longfei Lin, Liang Huang, Zixin Wang, Zhiwei Jiang, Zehui Zhang, Buxing Han, Zn-Nx sites on N-doped carbon foraerobic oxidative cleavage and esterification of C(CO)-C bonds, Nat. Commun. 2021, https://www.nature.com/articles/s41467-021-25118-0.