氮氧化物(NOx)的过度排放引起了严重的环境污染问题ღღ✿◈,但它们也可作为增值化学品合成的可再生氮源ღღ✿◈。例如ღღ✿◈,NOx可以通过电化学还原产生氨(NH3)ღღ✿◈。NOx电还原是一个多电子转移过程ღღ✿◈,涉及多种中间体ღღ✿◈,因此只有两个热力学稳定的产物N2和NH3ღღ✿◈。肼(N2H4)广泛用作还原剂ღღ✿◈、防腐剂ღღ✿◈、爆炸物ღღ✿◈、抗氧化剂以及卫星和火箭的燃料ღღ✿◈。
实现NOx向N2H4的选择性转化仍然是一个挑战ღღ✿◈,因为反应涉及过多的N-N偶联ღღ✿◈,在电解后只检测到微量的N2H4ღღ✿◈。直接NOx还原过程中的这种过度N-N偶联归因于基于*NO中间体的N-N偶联的热力学自发性质ღღ✿◈,并伴随着多氮中间体如*NONH2ღღ✿◈、*N2O和*H2N2O2还原为N2edf壹定发官网登录ღღ✿◈。因此ღღ✿◈,开发先进的催化体系来精确控制N-N偶联今日刚开传奇ღღ✿◈,从而提高NOx转化为N2H4的效率具有重要意义ღღ✿◈。
近日ღღ✿◈,中国科学院化学研究所韩布兴和孙晓甫等提出了一个在环境条件下NOx转化为N2H4的策略ღღ✿◈,涉及电化学NOx还原为NH3ღღ✿◈,然后是酮介导的NH3转化为N2H4今日刚开传奇ღღ✿◈。具体而言ღღ✿◈,研究人员以WO3为模型催化剂ღღ✿◈,二苯基酮(DPK)介导的NH3转化为N2H4ღღ✿◈,实现了98.5%的N2H4产率和88.7%的NOx-N2H4选择性ღღ✿◈。
酮促进单个N-N偶联的基本机制为ღღ✿◈:在最佳条件下ღღ✿◈,酮与NH3发生缩合反应生成亚胺ღღ✿◈。N原子可以形成C=N键ღღ✿◈,而亚胺分子中只有一个C-H键保持活性ღღ✿◈。因此ღღ✿◈,酮类化合物可以在N-N键的可控形成过程中充当介质ღღ✿◈,利用亚胺作为关键的中间体今日刚开传奇ღღ✿◈。更重要的是今日刚开传奇ღღ✿◈,C=N键可以通过水解进行切割edf壹定发官网登录ღღ✿◈,最终形成N2H4ღღ✿◈。
DPK和NH3的缩合可以产生二苯基酮亚胺(DPK-I)edf壹定发官网登录ღღ✿◈,进一步的N-N偶联需要一个合适的溶剂来稳定活性DPK-I中间体ღღ✿◈。以H2O和CH3CN为例ღღ✿◈,考察了DPK-I中间体在不同溶剂中的稳定性ღღ✿◈。DPK-I在CH3CN中稳定ღღ✿◈,但在水环境中分解为DPK和NH3今日刚开传奇ღღ✿◈。CH3CN是一种典型的极性非质子溶剂ღღ✿◈,在DPK-I中间体中不能破坏亚胺键ღღ✿◈;而H2O是一种高度极性的溶剂ღღ✿◈,参与了DPK-I水解成DPK和NH3的过程edf壹定发官网登录ღღ✿◈。
此外ღღ✿◈,研究人员利用WO3(200)模型表面上的R2CNH (R=CH3)的分子模型ღღ✿◈,在CH3CN分子的协助下研究了从DPK-I到BPA的反应途径ღღ✿◈。为了简化计算过程今日刚开传奇ღღ✿◈,将DPK-I中的苯基还原为甲基ღღ✿◈。密度泛函理论(DFT)计算结果显示ღღ✿◈,在CH3CN分子存在下ღღ✿◈,R2CNH*脱氢至R2CN*所需的能量减少了0.59 eVღღ✿◈,单个N-N偶联步骤的自由能减少了0.65 eVღღ✿◈。
因此ღღ✿◈,在CH3CN溶剂下DPK-I生成BPA的性能增强今日刚开传奇ღღ✿◈。更重要的是ღღ✿◈,由DPK介导的从NH3到BPA的转化遵循NH3→DPK-I→Ph2CN*→BPA途径edf壹定发官网登录ღღ✿◈,WO3上的晶格氧介导的脱氢促进了Ph2CN*的产生ღღ✿◈。并且ღღ✿◈,WO3催化剂和DPK介体均可重复使用ღღ✿◈。壹定发(中国区)官方网站ღღ✿◈。壹定发官网登录注册壹定发游戏娱乐平台网址ღღ✿◈,EPF壹定发ღღ✿◈,壹定发edf壹定发官网登录ღღ✿◈!