最新催化期刊论文发表

近日，我校理学院薛绍林教授课题组与香港城市大学合作，在制备高质量的光催化剂及光催化降解四环素水污染领域取得新进展。相关成果以《制备主要曝露{110}晶面的四方棱柱形γ-In2Se3及其光催化降解四环素》(Synthesis of Tetragonal Prismatic γ-In2Se3 Nanostructures with Predominantly {110} Facets and Photocatalytic Degradation of Tetracycline, DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.118218)为题，发表于环境、化工领域著名期刊《应用催化B-环境》（Applied Catalysis B - Environmental）。该论文第一作者为硕士研究生魏晓帆，通讯作者为薛绍林教授。近年来，社会快速发展，一系列环境污染问题涌现。其中倍受关注的问题之一是抗生素造成的水污染。例如，四环素（TC），一种典型的抗生素，由于其能够治疗细菌性疾病，被广泛应用到药物和饲料添加剂中，在抗生素生产和使用中排名第二。但是，只有很小一部分四环素会被人或动物吸收代谢，其余全部以排泄物或本身存在于环境中，对生态系统造成严重威胁。因此去除多余四环素，保护环境刻不容缓。研究表明半导体催化剂可以利用太阳能对四环素进行彻底降解，无二次污染，可长效多次使用。因此，寻找高效的半导体催化剂是解决四环素污染引起的环境问题的关键。γ-In2Se3纳米材料具有良好的可见光和紫外光的光学吸收性能，关于其在光催化降解水污染领域的研究并不多见。此外，由于晶体生长过程的驱动力来自于总表面能的降低，自然条件下晶体倾向于沿高能晶面方向生长以降低其表面能，导致高能晶面的含量通常较低，而高能晶面通常具有较高的光催化活性。因此，对半导体材料进行晶面调控，曝露晶体特定晶面以增大纳米材料的光催化活性，可以通过此策略调整光催化剂表面原子结构，而进一步增强、优化光催化性能，引起了科研人员关注。研究课题组通过EDTA（ethylenediaminetetraacetic acid）辅助，合成了主要曝露{110}晶面的四方棱柱形γ-In2Se3，如图1所示。EDTA在水中作为桥状络合物，当其加入反应体系后会迅速电离成阴阳离子。在In2Se3纳米颗粒聚集并沿高能晶面生长的过程中，溶液中由EDTA电离形成的阴离子－COO-可以与In3+结合形成络合物，γ-In2Se3{110}晶面最外层原子为In3+，EDTA可以吸附在{110}晶面，当EDTA的量充分时，可以有效抑制晶体沿{110}面的生长，使{110}晶面得到曝露。

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浙江工业大学化工学院贾义霞课题组近年来一直致力于手性合成与不对称催化领域的研究工作，取得较好的研究成果，在J.Am.Chem.Soc.、Angew.Chem.Int.Ed.等国际重要学术期刊上发表一系列研究论文。江工业大学化学工程与材料学院设有化学工程、应用化学、工业催化、化学工艺、材料学、农药学、化学等7个学科，其中工业催化为国家重点学科(培育)，应用化学、工业催化、新材料及加工工程为浙江在职研究生重中之重学科，化学工程、材料学为浙江省重点学科。最近，浙江工业大学化工学院贾义霞课题组在不对称傅克反应研究中取得重要进展，在国际顶级期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed.)上以“Dual Catalysis for the Redox Annulation of Nitroalkynes with Indoles: Enantioselective Construction of Indolin-3-ones Bearing Quaternary Stereocenters”为题发表研究论文，首次报道以硝酮为烷基化试剂的不对称傅克烷基化反应，并利用三氯化金/手性磷酸组合催化剂，实现了邻硝基苯乙炔与吲哚的环化/烷基化反应的高效串联，高选择性地构筑含有2-位季碳手性中心的吲哚酮类化合物，为含有该类结构的重要天然产物和生物活性分子的合成提供了快速有效的方法。该研究主要由浙江工业大学刘人荣老师和叶仕春硕士完成，二年级本科生陈净标同学参与了最优催化剂¬——五氟苯基手性磷酸的合成。这一工作是该课题组在不对称傅克反应领域继J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2983后报道的第二个重要研究结果。研究受到国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才支持计划以及浙江省自然科学杰出青年基金等在职研究生项目的大力支持。考研政策不清晰？同等学力在职申硕有困惑？院校专业不好选？点击底部官网，有专业老师为你答疑解惑，211/985名校研究生硕士/博士开放网申报名中：

作为一种“尊贵”的象征，黄金在 历史 长河中一直以其化学惰性示人。但纳米尺寸的金颗粒与二氧化钛相结合后却性情大变，成了促进多种催化反应的高级主攻手。科学界普遍认为金与二氧化钛的界面是起到了关键作用的活性中心，但一直以来，研究人员未曾看到过真实催化过程中其活性界面原子级别的动态演变，因而无法进一步对其界面的活性进行精准调控。

打开这个催化反应“黑匣子”，看清楚催化过程如何发生是科学界长久以来的梦想。经过近五年的研究，浙江大学电子显微镜中心张泽院士团队的王勇教授联合中科院上海高等研究院高嶷研究员、丹麦 科技 大学Wagner教授和Hansen博士等团队，在环境透射电子显微镜中，首次在原子尺度下一氧化碳催化氧化过程中观察到催化剂界面活性位点的可逆变化，并据此实现了界面活性位点的原子级别原位调控。这项成果对今后设计更好的环境催化剂、高效稳定地处理污染气体具有重要意义。

这项研究北京时间2021年1月29日，被国际顶级期刊《科学》在线刊登，这是该团队继2020年1月24日之后第二次在《科学》杂志上发表原位催化方向的学术论文。

电镜底下现原形，

打开催化“机关”

负载在二氧化钛表面的金颗粒是将一氧化碳转化为二氧化碳的重要催化剂，也是工业催化研究中的常见组合。

浙大团队依托其擅长的原位环境电子显微学技术开展催化反应研究，在原子层面清楚地看到了整个催化过程。这个纳米催化剂长什么样呢？王勇介绍，金颗粒像一个磁体，牢固地贴在由二氧化钛制成的底座上。

科研人员首次发现两大现象：一是看到一氧化碳催化氧化时二氧化钛表面的金颗粒发生面内（外延）转动（约9.5 ），首次通过可视化实验直观证实了界面是活性中心。二是从催化反应环境回到氧气环境时，金颗粒又神奇的转回到原来的位置。

侧视视角观察金在二氧化钛表面的转动

这个过程就像武侠剧中，通过旋转机关打开隐避门一般，金属颗粒通过转动合适角度后可增加界面活性位点数量，从而提高催化效率。

看清“黑匣子”的难度在哪里？袁文涛介绍，高质量样品的制备、观察角度的选择、电子束的干扰都会影响实验的顺利开展。正如审稿人所说：“目前已有一系列工作报道纳米颗粒在不同气氛环境下发生可逆的结构变化，但在原子层次获取他们的结构演变细节仍是一个巨大的挑战。”

“要完成这个实验，需要制备原子级别平整的金-氧化钛界面。”王勇说，这样才能实现金颗粒的可控转动。此外，找准观察角度非常重要，一方面是能够看清晶格的排布，另一方是能够更好地描述现象。“一开始我们从侧面去观察，（对非本专业人来说）旋转不是很明显，开始审稿人不太相信，后来我们重新设计实验从顶上往下俯视，角度稍有一点变化，都能看得一清二楚。”审稿人肯定说：“所有这些都是利用原位电镜完成，他们把侧视图和俯视图观察到的信息关联起来，这真了不起。”

俯视视角观察金在二氧化钛表面的转动

还原事实真相，四两拨千斤

浙大科研团队这次看到的催化剂转动，一度被人们认为是不可能发生的现象，正如其中一个审稿人曾提到“整个颗粒的转动是难以置信的”。

这是因为金颗粒和二氧化钛结合在一起时形成了化学键，“焊接”非常牢固（有外延关系），即便是被高能量的电子束轰击也都岿然不动。

张泽解释，一样东西的存在要保持能量的最低状态，不同的环境中，物体所需最低能量也是不同的。这就好比，在低海拔地区需要100摄氏度才会沸腾的水，到了高海拔地区可能90摄氏度就沸腾了。

如何打破化合键的“定力”，让它动起来从而实现对界面的操控？

王勇说，用“蛮力”是行不通的。“这就需要用巧劲。氧气通入后喜欢吸附在金-二氧化钛界面处，可以把金颗粒‘托起来’。”王勇说，我们和高嶷理论团队密切合作，结合一系列理论计算发现当实验中把一氧化碳通入与氧气发生催化反应，本质上是消耗了部分界面氧，“桩托”就不稳定了，这样四两拨千斤地把原来需要很大力气才能推动的金颗粒转动了；当我们停止通一氧化碳时，界面氧得到补充，金颗粒又转回原位了。

“这是非常有意思的发现，催化剂颗粒在反应前和反应后都处于同一位置，但在反应的过程中转动了一定的角度，如果没有原子尺度的原位实验观察是不可能发现这个现象的。”张泽院士说。

前沿与应用，科研两条腿走路

对科学家而言发现一个现象，理解其中的规律后，更重要的是利用得到的规律改造现实世界。

在实验中，浙大研究者发现当实验温度达到500摄氏度时，不同气氛环境下金颗粒可在两个角度间可逆转动而形成两种界面结构，如果在催化性能好的那个结构时把温度降下来，比如说降到室温，就可以“锁定”这个界面结构，在低温催化反应时展现优异的催化效率。王勇说：“这一发现为未来催化剂的设计提供了新思路，开拓了新的视野。而且，别的材料、别的反应的调控也可以从这个角度去思考。”

利用温度和气氛调控金-二氧化钛界面结构

与此同时，金颗粒二氧化钛催化剂对于消除一氧化碳、防止中毒和保护环境具有积极作用，这将为研发更廉价高效、安全稳定的催化剂打开一扇新窗户。

张泽院士在接受采访时说：“科学研究要‘两条腿走路’，一条走到世界前沿，发现新现象，找到新规律；另一条应服务国民经济发展，期望我们的科学发现能助力高效稳定催化剂的研发，这样才能为国解忧，为民造福。”

论文的第一单位为浙江大学，浙大材料科学与工程学院袁文涛博士为第一作者，中国科学院上海高等研究院朱倍恩博士、浙大材料学院博士生方珂为共同第一作者；浙江大学材料科学与工程学院、浙大电镜中心王勇教授为通讯作者，高嶷研究员、Wagner教授、Hansen博士为共同通讯作者，浙大团队学术带头人张泽院士对此工作给予了重要指导和支持。此外，杨杭生教授、博士生李小艳和欧阳参与了该工作。

该工作得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金、教育部、中科院青促会、国家超级计算广州中心、上海超算中心、中国博士后基金、硅材料国家重点实验室的共同资助和支持。