上海光源XAFS线站用户在催化研究中取得重要进展

上海光源XAFS线站用户的两项最新研究成果同时发表在国际知名刊物-德国应用化学(Angew.Chem.Int.Ed.)第五十卷/四十三期上，该期为纪念德国马普学会Friz-Haber研究所建所一百周年特刊。

氧化钛担载亚纳米Ir催化芳香硝基化合物与脂肪醇高附加值喹啉及其衍生物。喹啉及其衍生物是一种重要的杂环化合物，广泛应用于医药、染料、除草剂、杀菌剂、腐蚀和浸蚀抑制剂等重要精细化学品的生产。复旦大学化学系曹勇课题组设计了一类具有“多功能”特性的氧化钛担载亚纳米Ir催化,在温和条件下实现了以芳香硝基化合物与脂肪醇为原料高效“一步”合成一系列高附加值喹啉及其衍生物（图1）。反应过程所使用的是0.05wt% Ir-TiO2催化剂，贵金属的超低负载使反应过程更经济，但同时带来了催化剂表征上的不易。曹勇课题组与上海光源XAFS线站紧密合作，采集分析X射线吸收精细结构谱，得到了金属原子和载体间的强相互作用以及金属原子配位数等重要结构信息，最终确定了金属Ir的亚纳米状态，为认识反应的活性中心打下基础。该认识也为进一步拓展亚纳米贵金属用于多步有机串联反应等复杂催化过程提供了新的思路与重要参考。

非贵金属催化剂开发。北京大学化学与分子工程学院马丁课题组和马普协会Fritz-Haber研究所苏党生研究员密切合作，将二茂铁分子氧化为带正电荷的鎓离子，该鎓离子与带有负电的层状碳材料之间的静电相互作用及π-π相互作用可以使更多的鎓离子进入石墨烯基层状碳材料的层间，得到含铁量较高的功能化层状碳材料。对此材料进行简单的热处理即可得到不同花样（如core-shell, core-void-shell）氧化铁纳米粒子功能化的石墨烯碳材料。他们利用上海光源的XAFS技术对这些不同结构的氧化铁/石墨烯碳材料进行了研究，观察到氧化铁以具有高催化氧化活性的非晶态结构存在，并且其大小及花样可以简单地通过改变热处理温度来进行调控。该材料作为催化剂在催化氧化醇类化合物的反应中表现出较高的催化性能。上海光源X射线吸收谱学线站（BL14W）的优异性能为最终高质量的吸收谱数据的采集提供了关键的保障，对两项研究工作的进行起到了重要作用。

　　
图1　氧化钛担载亚纳米Ir催化剂及其催化反应

　　
图2　层状碳-氧化铁纳米催化剂