化学学报 ›› 2022, Vol. 80 ›› Issue (11): 1507-1523.DOI: 10.6023/A22070308 上一篇    下一篇

综述

无机手性纳米结构的可控构筑及其催化研究进展

马进越a,b, 黄露霏a, 周宝文c, 姚琳a,*()   

  1. a 上海交通大学 中英国际低碳学院 上海 201306
    b 中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院 北京 100083
    c 上海交通大学 机械与动力工程学院 上海 200240
  • 投稿日期:2022-07-18 发布日期:2022-08-25
  • 通讯作者: 姚琳
  • 作者简介:

    马进越, 1999年出生, 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院在读硕士研究生, 目前在上海交通大学中英国际低碳学院进行手性催化剂的光、电及热催化方面的研究.

    黄露霏, 2000年出生, 硕士研究生. 2022年在中央民族大学生命与环境科学学院获得理学学士学位. 2022年起就读于上海交通大学中英国际低碳学院, 导师为姚琳副教授, 主要研究领域为手性催化剂的光、电及热催化.

    周宝文, 上海交通大学副教授, 博士生导师, 国家海外高层次人才, 2016年在中国科学院化学研究所获博士学位. 2017年6月~2020年12月在加拿大McGill大学和美国密歇根大学电气工程与计算机科学系从事博士后研究. 研究兴趣为III-nitrides/Si人工光合作用集成器件与系统、清洁能源与动力和环境污染物控制.

    姚琳, 上海交通大学副教授, 博士生导师. 2015年获得中国科学院理化技术研究所理学博士学位, 2018年~2020年在美国密歇根大学做访问学者和研究助理. 主要研究兴趣为光/热智能功能材料、无机手性材料的可控制备及其在低碳和能源领域的应用.

  • 基金资助:
    国家自然科学基金(51902318); 上海交通大学启动项目资助.

Construction and Catalysis Advances of Inorganic Chiral Nanostructures

Jinyue Maa,b, Lufei Huanga, Baowen Zhouc, Lin Yaoa()   

  1. a China-UK Low Carbon College, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 201306
    b School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083
    c School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240
  • Received:2022-07-18 Published:2022-08-25
  • Contact: Lin Yao
  • Supported by:
    National Natural Science Foundation of China(51902318); start-up project of Shanghai Jiaotong University.

具有强烈光学活性的无机手性结构因其具有独特的物理化学性质, 可将手性信号扩展至可见和近红外区域, 对于手性的检测与分析、手性合成、手性传感及相关光电领域的研究具有重要意义. 在过去的二十年里, 人们对无机手性结构进行了大量的研究, 从合成方法、手性起源理论到实际应用都取得了长足的进展. 重点聚焦具有手性催化应用潜力的无机手性纳米材料, 首先介绍了单个无机手性纳米粒子独特的手性效应、常用的构筑方法和手性起源机理, 并简要概述了无机纳米粒子作为构筑单元形成手性多级纳米结构的组装方法. 重点关注了无机手性纳米材料在手性催化领域的应用, 讨论了手性金属纳米结构、手性半导体纳米结构、手性陶瓷纳米结构及手性磁性纳米粒子用于手性催化的相关机理, 并对有代表性的最新进展进行了分析. 最后, 梳理了目前无机手性结构及其催化性能存在的不足和面临的挑战, 并对未来的研究方向进行了展望.

关键词: 手性起源, 纳米结构, 不对称催化, 光学活性, 表面等离子体共振

Inorganic chiral structures with outstanding optical activity can extend optical signals to visible and near infrared regions due to their unique physical and chemical properties, which are of great significance for the detection and analysis of chirality, chiral synthesis, chiral sensing and related photoelectronic research. In the past two decades, the studies have been extensively carried out on inorganic chiral structures, and great progress has been made from synthesis methods, origins of chirality and practical applications. This review focuses on inorganic chiral nanomaterials with potential applications in chiral catalysis. Firstly, the unique chiral effect, common construction methods and chiral origin mechanism of single inorganic chiral nanoparticles are introduced, and the assembly methods of chiral hierarchical nanostructures using inorganic nanoparticles as the building blocks are briefly summarized. The applications of inorganic chiral materials in the field of chiral catalysis are emphasized. The related mechanisms of chiral metal nanostructures, chiral semiconductor nanostructures, chiral nanoceramics and chiral magnetic nanoparticles in chiral catalysis are discussed, and the latest representative progress is analyzed. At the end, the shortcomings and challenges of the existed inorganic chiral structures and catalytic performance are reviewed, and the future research direction is prospected.

Key words: origin of chirality, nanostructure, asymmetric catalysis, optical activity, surface plasmon resonance