催化研究进展作业
化学催化的最新研究进展
化学催化的最新研究进展化学催化是一种将反应物转化为化学产物的过程，通过添加催化剂来加速化学反应。
催化剂的选择对于反应的速率和选择性是至关重要的。
近年来，化学催化领域出现了一些最新的研究进展，本文将就这些进展进行探讨。
一、单原子催化剂单原子催化剂是指以单个原子为催化剂的催化剂，与传统的纳米颗粒催化剂相比能够减少剂量、提高反应效率和选择性等优点。
目前，许多研究者都在探索各种不同的单原子催化剂，例如金、银、钯等单一金属和COF（共价有机框架）等非金属物质。
这些单原子催化剂的制备方法也非常重要，目前制备单原子催化剂的方法主要有两种：原位金属还原法和非常规还原法。
二、光催化氧化还原反应光催化氧化还原反应是一种利用光催化剂或光致催化剂促进化学反应的方法。
此种情况下，光与物质所发生的相互作用能够改变原子的电子结构，因此在极短时间内进行氧化还原反应。
最近，一些新型的光驱动氧化还原反应催化剂被发现，并表现出了在机械、生物和环境等多个领域中的潜在应用前景。
三、新型催化剂的制备方法催化剂的制备方法对于催化性能有着极大的影响，因此科学家们一直致力于设计出新型的催化剂制备方法。
一些新型的制备方法，例如燃烧化学气相沉积、溶胶凝胶法、分子印迹法、高温剪切法、超声处理等都被用于制备新型的催化剂。
这些新型催化剂制备方法一方面可以制备出更加纯净、更加均匀的催化剂，另一方面也能够降低制备成本，提高催化效率等，因此具有重要的应用前景。
四、催化机理催化机理是指稳定的化学反应发生所必须的三个步骤，这些步骤通常是以不同的催化剂动态地推进。
催化机理已经成为领先化学工程技术开发的基础。
尽管量子化学和计算机模拟在探索催化机理方面已取得了重大进展，但目前对于大多数催化反应来说，完美的机理还未能得到明确解释。
近年来，人们采用实验室研究和大型计算机模拟相结合的方法，逐步破解了一些催化机理，加深了我们对于催化过程的认识，为制备具有指定性和高活性的催化剂提供了新的思路。
催化反应机理研究最新进展
催化反应机理研究最新进展催化反应是指通过添加催化剂，促进反应速率的过程。
在过去的几十年里，对于催化反应的机理研究一直是化学领域的热点之一，因为对于催化剂的设计和优化，了解其反应机理是非常重要的。
近年来，催化反应机理研究又有了一些新的进展，接下来就让我们来看看这些最新的进展。
先从金属有机化学的角度看。
近年来，许多学者通过研究过渡金属催化剂反应中反应路线的探究，发现了很多新的反应路线，这对于催化剂设计和优化起到了积极的作用。
通过使用能够产生中间体金属配合物的吸电子官能团，可以有效地改变催化反应的活性中心，并且探究反应的中间体结构，这对于理解反应机理非常有意义。
除此之外，几何和电子性质也对反应路线和选择性有重要影响。
例如，配体的立体化学影响反应的空间位阻，从而影响反应速率。
如果反府马切隆(反応物和催化剂中两个相邻的碳原子之间的键被打破，新的碳-碳键形成)反应中，过渡态的游离复合物的坐标键长度不变，那么体积大的配体会导致反应的速率下降，而小体积的配体则会提高反应速率。
另一方面，配体的电子性质也影响了反应的稳定性，从而影响了反应机理和选择性。
例如，吸电子配体会使负载在催化剂上的金属离子被吸引，从而提高反应的选择性和活性。
还有一些有趣的研究发现，在某些反应中，金属催化剂可能发挥双重作用，既可以作为反应的催化剂，也可以作为反应产物的氧化剂。
例如，在传统上由银催化的瑞米诺反应中，最初的反应产物通常是银的氧化物。
此外，催化反应的机理研究还可以借助现代计算工具的使用来支持实验研究。
分子动力学模拟和密度泛函理论计算可以用于分析催化剂的结构，从而预测反应机理和反应速率。
这些计算工具可以用于预测反应的热力学和动力学参数，例如位能曲线和过渡态结构等。
综上所述，催化反应机理研究的最新进展是多方面的。
通过对催化剂的结构和催化反应过程的探究，可以了解反应机理，从而设计出更加高效的催化剂。
同时，现代计算工具的运用，也为实验研究提供了有力的支持。
单原子催化的研究进展
单原子催化的研究进展单原子催化是指通过将单个原子吸附在载体表面上进行催化反应的一种催化方式。
相比传统的纳米颗粒催化，单原子催化具有原子尺度的精细度、原位环境下的高效率和更好的可控性等优势。
近年来，单原子催化领域取得了一系列重要的研究进展。
首先，单原子合成技术的发展为单原子催化的研究提供了可靠的实验手段。
利用超高真空环境下的低温扫描探针显微镜，研究人员能够在金属载体表面上逐个催化活性中心的形成和变化过程。
同时，透射电镜等表征技术的发展也为单原子催化的观察与研究提供了更好的材料和界面分辨率。
其次，单原子催化在电催化领域的应用迅速发展。
传统的金属纳米颗粒催化存在负载不稳定和表面活性中心不充分利用等问题，而单原子催化能够充分利用催化金属的资源，提高催化效率。
例如，研究人员通过合成单原子催化剂在氧析出反应中显示出远高于传统纳米颗粒的催化活性。
此外，单原子催化还在其他电催化领域也取得了一定的进展，如氢氧化物燃料电池、氧气还原反应等。
另外，单原子催化在有机合成领域也得到了广泛的应用。
传统的有机合成反应通常依赖于多相催化体系，而单原子催化可以在同一载体表面上协同多个原子，有效减少副反应，并提高催化效率和选择性。
研究人员通过合成铂和其他金属单原子催化剂，成功催化了C-C和C-X键的形成反应，得到了高收率和高选择性的产物。
此外，单原子催化还可以用于手性合成、选择性氧化和催化脱氢等有机合成反应。
最后，单原子催化材料的设计和优化也取得了重要的进展。
通过理论计算和实验研究，研究人员可以优化和调控单原子催化剂的活性中心和表面结构，进一步提高催化效率。
例如，金属原子和支撑材料之间的相互作用被认为是影响催化活性的重要因素，研究人员通过合成不同硫族元素作为支撑材料，成功调控金属单原子催化剂的表面结构和催化性能。
总之，单原子催化作为一种新型的催化方式，在能源转换、有机合成等领域具有重要的应用潜力。
随着相关技术的不断发展和深入研究，相信单原子催化将进一步推动催化科学和催化技术的发展。
化学催化剂的最新研究进展
化学催化剂的最新研究进展化学催化剂，在许多化学过程中扮演着重要的角色。
催化剂能够通过提高反应的速率和效率，降低反应能量，控制反应的选择性和特异性等多方面的作用，为化学反应的成功提供了基础。
因此，在现代化学研究中，催化剂的研究一直是一个重点和热点。
随着科技的不断发展和人们对环保和能源开发的日益重视，新型的催化剂研究也变得越来越重要。
本文将就催化剂的最新研究进展进行分析和探讨。
一、大数据和人工智能在催化剂研究中的应用随着科技的不断发展，大数据和人工智能也逐渐走进了催化剂的研究领域。
以往催化剂研究主要是基于实验，并且学术研究和工业应用之间差距较大。
但是，随着大数据和人工智能的应用，化学家们能够将理论模型和实验数据相结合，迅速筛选出催化剂的候选者并进行设计优化。
同时，催化剂研究也得以更加深入地探究其基本特性和行为规律，为新型催化剂的研究提供了更为广阔的空间和可能性。
二、新型催化剂的开发新型催化剂的研发一直是化学界中的一个热点和难点。
本部分将从两个方面进行介绍。
1、生物质转化催化剂的研究在当前全球能源危机和环境问题日益严重的形势下，生物质转化催化剂的研究引起了人们的广泛关注。
生物质转化催化剂是指能够将生物质材料通过化学或生物化学方式，转化为高附加值产品或者可再生能源的催化剂。
以生物质的生产和利用状况为基点，新型的生物质转化催化剂涉及到多个领域，包括生物质的微生物降解、催化转化、分离纯化等方面。
2、金属有机框架催化剂的研究金属有机框架催化剂是近年来催化剂领域中的一种热门研究课题。
它是一种由具有多种有机配体和金属团组成的高度晶化的结构，能够通过催化反应实现对有机分子的转化。
金属有机框架催化剂具有晶格结构定义、大替换度、调节型特性等多种优势，并且具有可控制作和可重复利用等特点。
三、催化剂的性质和特性探究催化剂作为化学反应中的关键角色，其性质和特性的研究一直是催化剂研究中的核心问题。
本部分将会从两个方面进行探究。
无机化学催化反应的研究进展
无机化学催化反应的研究进展无机化学催化反应是一种高效的化学反应方式，具有广泛的应用前景。
在过去的几十年中，无机化学催化反应已经成为了化学领域中的重要研究方向。
本文将介绍无机化学催化反应的研究进展，包括反应机理、催化剂设计、反应体系等方面。
一、反应机理催化反应机理是无机化学催化反应研究的核心问题。
反应机理的解析对于催化剂的设计和反应条件的优化具有重要意义。
在反应机理的研究中，理论计算成为了一种重要工具。
目前，密度泛函理论（DFT）是计算无机化学催化反应机理的主要方法。
DFT 可以计算分子在特定区域的电子结构和分子间相互作用等相关性质，从而提供反应物和产物之间的能量差和反应中间体的产生和消失情况等反应机理。
二、催化剂设计催化剂是无机化学催化反应的关键因素。
随着对催化机理的理解逐渐加深，人们开始开发更加高效、选择性更好的催化剂。
常用的催化剂有金属催化剂、非金属催化剂、纳米催化剂等。
其中，金属催化剂具有丰富的反应底物适应性和反应选择性，在无机化学催化反应中起到了重要作用。
非金属催化剂具有较好的稳定性和环保性，已经成为了无机化学催化反应研究的热点之一。
三、反应体系反应体系包括反应底物、溶剂、温度、压力、ph值等因素。
在无机化学催化反应研究中，反应体系的优化对于反应的高效进行有着至关重要的作用。
例如，在氢化反应中，溶剂的选择和反应温度可以显著影响反应的选择性和活性。
此外，反应的酸碱度和ph值对于催化剂的稳定性和反应的选择性也有着很大的影响。
四、应用前景无机化学催化反应是一种高效的化学反应方式，在有机合成、环境治理、能源转化等领域具有广泛的应用前景。
例如，在有机合成中，无机催化剂可以用于各种酯、酰胺和醛烷化等反应中，可以获得高产率和高选择性。
在环境治理领域，氧化反应已经成为了一种有前途的污染物处理方式。
在能源转化领域，无机催化剂可以用于燃料电池、氢化制氢等过程中，可以达到高效转化和能源利用的目的。
综上所述，无机化学催化反应研究在理论和应用方面均具有很高的价值。
加氢催化剂的研究进展2
加氢催化剂的研究进展2加氢催化剂的研究进展2加氢催化剂是一类广泛应用于化工和石油化工领域的催化剂。
随着社会经济的快速发展，对高效、环保的加氢催化剂的需求也越来越大。
因此，研究人员也在不断努力探索新的加氢催化剂及其制备方法。
在本文中，我们将简要介绍近年来加氢催化剂研究的进展，并对其中一些有潜力的新材料进行讨论。
首先，针对传统加氢催化剂存在的一些问题，如催化活性低、寿命短等，许多研究人员开始探索新的材料和制备方法。
例如，一些研究者发现，金属有机骨架材料（metal-organic frameworks，MOFs）具有良好的特性，可以作为加氢催化剂的载体。
MOFs具有高比表面积和可调控的孔隙结构，可以提高催化剂的活性和选择性。
同时，MOFs还可以通过电子构型调控实现对催化剂活性中心的优化，进一步提高催化剂的性能。
因此，将MOFs与活性金属重组形成的复合材料具有很大的潜力成为新型加氢催化剂。
此外，一些研究者也关注到了纳米材料在加氢反应中的应用。
纳米材料具有较大的比表面积和更高的催化活性，可以提高催化剂的反应速率。
例如，一些研究者通过控制金属纳米颗粒的尺寸、形状和晶面结构，来实现对加氢反应活性的调控。
同时，纳米材料还可以通过与其他催化活性物质组成复合材料，进一步提高催化剂的性能。
除了金属纳米材料，一些非金属纳米材料，如金属氧化物、硫化物和氮化物等，也被研究人员用作加氢催化剂的载体或催化剂本身。
这些纳米载体和催化剂能够提供更多的反应活性位点，并提高催化剂的稳定性和循环使用性能。
此外，一些研究还探索了新型加氢催化剂的制备方法。
例如，一些研究者采用“孤岛效应”来调控催化剂表面的氧化态，从而提高催化剂的活性。
孤岛效应指的是将少量的活性金属物种分散在载体表面，形成具有良好催化活性的孤立金属位点。
这种制备方法可以提高催化剂的反应活性和选择性，同时减少稀有金属的使用量。
除了孤岛效应，一些研究者还尝试使用等离子体、超声波和微波等非常规方法来制备加氢催化剂。
生物催化反应的研究进展及应用前景
生物催化反应的研究进展及应用前景在当今科技迅速发展的时代，生物催化反应作为一门前沿交叉学科，正经历着日新月异的变化，并在众多领域展现出广阔的应用前景。
生物催化反应利用生物体内的酶或微生物细胞作为催化剂，具有高效、高选择性、环境友好等显著优点，为解决化学合成中的难题和推动可持续发展提供了新的思路和方法。
生物催化反应的核心在于酶的作用。
酶是生物体内产生的具有催化功能的蛋白质，它们能够在温和的条件下（如常温、常压和近中性 pH 值）加速化学反应的进行。
与传统的化学催化剂相比，酶具有极高的催化效率和专一性。
例如，某些酶可以在一秒钟内催化数百万次反应，而且只会作用于特定的底物，生成特定的产物，几乎没有副反应发生。
这种高度的选择性使得生物催化反应能够合成出结构复杂、纯度高的化合物，这在药物研发、精细化工等领域具有重要意义。
近年来，随着基因工程、蛋白质工程等生物技术的不断进步，人们对酶的改造和优化能力得到了极大提升。
通过基因重组和突变技术，可以改变酶的氨基酸序列，从而改善其催化性能，如提高酶的稳定性、活性和选择性。
此外，利用定向进化技术，模拟自然进化过程，在实验室中对酶进行多轮筛选和进化，能够获得性能更优越的酶变体。
这些技术的发展为生物催化反应的广泛应用奠定了坚实的基础。
在生物催化反应的研究中，新的酶资源的挖掘也是一个重要的方向。
自然界中存在着丰富多样的微生物和生物物种，它们蕴含着大量未知的酶。
宏基因组学技术的出现为发现新酶提供了有力手段。
该技术可以直接从环境样品（如土壤、海洋等）中提取总 DNA，然后通过构建基因文库和筛选，获得具有特定催化功能的新基因和新酶。
同时，随着生物信息学的快速发展，利用计算机模拟和数据库搜索，也能够预测和发现潜在的新酶。
生物催化反应在医药领域的应用取得了显著成果。
许多药物的合成过程中都涉及到生物催化反应。
例如，通过酶催化的不对称合成，可以制备出手性药物分子。
手性是指分子的三维结构具有非对称性，就像人的左右手一样。
化学催化的研究进展
化学催化的研究进展催化是一种能够加速化学反应速率的方法，是一项极其重要的技术。
催化技术广泛应用于营养、制药、工业等领域，因为它可以提高反应速率和转化率，并显著降低能量和其他成本。
随着科学技术的不断发展，人们对催化的研究也越来越深入，在理论和实践方面都取得了一系列的突破性进展。
本篇文章将对化学催化的研究进展进行综述。
催化过程的基本原理催化是一种能够改变化学反应动力学的方法，催化剂有助于化学反应中的原子重新排列形成新的分子时提供一些能量，从而降低了反应的活化能。
这种降低活化能的方式可以通过多种方式实现，包括吸附、电子转移和成键的重排等。
对于大多数催化反应来说，催化剂本身不会被反应所消耗。
同时，催化剂可以在反应之后再次使用，因此该过程可以成为可持续发展的一环。
然而，一些催化剂可能会被反应所消耗，这些消耗型催化剂通常用于一次性反应。
基于原理的基础，研究人员一直在探索和测试各种新的催化剂。
对于不同的反应，不同的催化剂可能会被使用，以实现最优的反应性能和特定的产品选择性。
新型催化剂的开发传统催化反应所使用的催化剂大多是采用过渡金属，如钯、铜等，然而近年来一些新型催化剂的出现为催化技术的发展带来了新的机遇。
其中包括纳米催化剂、金属酸催化剂、酶催化剂等。
这些新型催化剂的使用可进一步扩大催化反应的应用领域，提高反应效率和产物选择性，降低催化剂使用量和反应温度，从而实现更为环保和经济的催化反应。
纳米催化剂纳米催化剂作为新型的催化剂，其表现出了独特的催化性能。
纳米催化剂具有更大的比表面积，从而可以极大地增加反应物与催化剂之间的相互作用，从而提高了反应速率。
同时，纳米催化剂还表现出了很好的反应选择性和稳定性。
金属酸催化剂金属酸催化剂是一种新型的质酸类型催化剂，其特点是在酸性反应体系中能够提供H+离子以加速反应，其酸性作用与分子酸相比稳定性更高、重现性更好。
金属酸催化剂的优点包括具有小的分子尺寸、良好的活性、高的反应选择性和稳定性。
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/10.1021/cr4002269 | Chem. Rev. 2014, 114, 1827−1870
CONTENTS
1. Introduction 2. Hydrogenation Reactions 2.1. Hydrogenation of Monosaccharides 2.1.1. Hydrogenation of Glucose 2.1.2. Hydrogenation of Fructose 2.2. Hydrogenation of Furanic Compounds 2.2.1. Hydrogenation of Furfural 2.2.2. Hydrogenation of 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) 2.3. Hydrogenation of Biomass-Derived Carboxylic Acids 2.3.1. Hydrogenation of Succinic Acid 2.3.2. Hydrogenation of Levulinic Acid 2.3.3. Hydrogenation of Lactic Acid 2.3.4. Hydrogenation of Itaconic Acid 2.3.5. Hydrogenation of Arabinonic Acid 2.3.6. Hydrogenation of Glutamic Acid 2.4. Concepts Guiding the Choice of Metal Catalysts 2.5. Hydrogenation of Fatty Compounds 2.5.1. Hydrogenation to Edible Fats and Oils 2.5.2. Hydrogenation of CC Bonds in Fatty Acids 2.5.3. Isomerization of CC Bonds in Fatty Acids 2.5.4. Hydrogenation of Fatty Acids and Esters to Fatty Alcohols 2.5.5. Hydrogenation of Fatty Nitriles to Fatty Amines 2.6. Hydrogenation of Wood Derivatives 2.6.1. Hydrogenation of Tall Oil Products 2.6.2. Hydrogenation/Dehydrogenation of Terpenes 2.6.3. Conversion of Phenolic Compounds Derived from Lignin 3. Dehydroxylation/Hydrogenolysis Reactions 3.1. Hydrogenolysis/Dehydroxylation of Sorbitol, Xylitol, and Erythritol 3.2. Dehydroxylation of Glycerol 3.2.1. Glycerol to 1,2-PDO 3.2.2. Glycerol to 1,3-PDO 3.3. Concepts Guiding the Choice of Metal Catalysts 4. Hydrolysis/Hydrogenation of Polysaccharides 5. Oxidation of Carbohydrates and Derivatives
1827
1. INTRODUCTION The catalytic conversion of biomass and derivatives to chemicals has been the subject of intense research efforts during the past decade resulting in a 20% annual increase in the number of publications on the subject. Many review articles on biosourced chemicals have been published, either dealing with a large variety of biomass feedstocks and reactions types,1 or focusing on specific feedstocks such as carbohydrates,2 triglycerides,3 glycerol,4 5-hydroxymethylfurfural,5 cellulose,6 hemicelluloses and pentoses,7 lignin,8 and lignocellulose.6c,9 Some reviews were dedicated to specific reaction types such as hydrogenolysis/dehydroxylation,10 telomerization,11 metathesis,12 and oxidation.13 Requirements to develop cost-effective catalytic processes adapted to the molecular structure of highly functionalized biomass molecules and needs for process intensification have been highlighted.14 Issues about the choice of starting feedstocks, their processing in a biorefinery scheme, and the type of chemicals to be targeted have been addressed.15 While many reviews have dealt with metal catalysts employed for the conversion of biomass to biofuels, comparatively less attention has been paid to catalysts adapted to the biomass-tochemical value-chain. Recent investigations and reviews have
Review /CR
Байду номын сангаас
Conversion of Biomass into Chemicals over Metal Catalysts
Michel̀ e Besson, Pierre Gallezot,* and Catherine Pinel
Institut de Recherches sur la Catalyse et l’Environnement (IRCELYON), Universite ́ de Lyon/CNRS, 2 Avenue Albert Einstein, 69626 Villeurbanne Cedex, France
Chemical Reviews focused on the design and mechanism of action of multifunctional catalysts.16 Some of the challenges to improve the activity, selectivity, and stability of metal catalysts have been pinpointed.16i,17 The addition of a second metal acting as a promoter of activity, selectivity, and stability was reviewed.1f,16i,18 Theoretical modeling has been applied to understand the reaction mechanism of biomass-derived molecules on the surface of metal particles.16c,19 Progress has been achieved in the development of multifunctional catalysts allowing process intensification,20 in the combination of homogeneous and heterogeneous catalytic processes,21 and in cascade catalysis combining enzymatic and chemo-catalytic steps.16b,22 The influence of organic impurities contained in biosourced raw materials on catalyst deactivation,18,23 the effect of porosity, hydrophilic, and acidic properties of supports,24 and the role played by water25 were considered. The importance of new reaction media and activation methods employed to improve biomass conversion and selectivity such as ionic liquids,26 molten salt hydrates,27 supercritical fluids,28 microwave activation,29 and ultrasonication30 has been pinpointed. This Review puts focus on the catalytic conversion of biosourced feedstocks into chemicals in the presence of monometallic, multimetallic, and multifunctional catalysts. The production of hydrocarbons, biofuels, and fuel additives was not considered. The performances of metal catalysts will be examined in the conversion of carbohydrates, triglycerides, and terpenes, and some applications will be mentioned on amino acids derived from proteins and phenolic compounds derived from lignin. Starting feedstocks will be either pure platform molecules obtained from carbohydrates by chemical or enzymatic processes or more complex mixtures of molecular species such as those present in plant oils or polysaccharides. Metal-catalyzed reactions including hydrogenation, dehydrogenation, dehydroxylation/hydrogenolysis, and oxidation reactions will be considered possibly in combination with acid/ base-catalyzed reactions such as hydrolysis and dehydration reactions to achieve a multistep conversion in one-pot process. Selected examples of biomass conversion into chemicals, either those already produced by traditional synthesis routes or those without synthetic counterpart, will be highlighted. In addition to pure chemicals, metal-catalyzed reactions leading to a mixture of chemicals that could be employed in the manufacture of high tonnage end-products such as paper additives, paints, resins, foams, surfactants, lubricants, and plasticizers will be considered.1e,31 Scheme 1. Glucose Hydrogenation to Sorbitol