化学学报 ›› 2021, Vol. 79 ›› Issue (11): 1360-1371.DOI: 10.6023/A21070340 上一篇    下一篇

综述

石墨烯衍生物作为无金属碳基催化剂在有机催化中的应用

黄杰, 奚江波*(), 陈伟*(), 柏正武   

  1. 武汉工程大学 化学与环境工程学院 绿色化工过程教育部重点实验室 武汉 430205
  • 投稿日期:2021-07-23 发布日期:2021-08-23
  • 通讯作者: 奚江波, 陈伟
  • 作者简介:

    黄杰, 2019年本科毕业于武汉工程大学, 目前在武汉工程大学化学与环境工程学院柏正武课题组开展研究工作, 研究方向是碳基催化剂在有机反应中的应用.

    奚江波, 博士、副教授、硕士生导师. 主要研究领域涉及高性能贵金属纳米催化剂、单原子催化剂和无金属碳基催化剂的制备及其在有机催化、电催化、生物传感等方面的应用, 以及催化机理的研究. 近年来在Advanced Functional Materials、Applied Catalysis B: Environmental、Journal of Catalysis等国际期刊上发表了学术论文30余篇, 获授权中国发明专利5项.

    陈伟, 博士, 副教授, 硕士生导师. 主要研究领域涉及无机材料的合成、表征与应用, 并从事手性分离材料的研究及色谱分析工作. 主持湖北省教育厅科学技术研究计划重点项目1项, 在国内外学术期刊上发表科研论文20余篇, 其中SCI收录论文7篇, 授权发明专利1项.

    柏正武, 博士、教授、博士生导师. 研究领域涉及有机合成、药物研制及手性功能材料的制备与应用. 主持并完成了4项国家自然科学基金资助的面上项目, 取得了一些有自主知识产权的研究成果, 获得多项发明专利权, 在国际学术期刊上发表研究论文60余篇.

  • 基金资助:
    国家自然科学基金(51772110); 绿色化工过程教育部重点实验室开放基金(GCP20200205)

Graphene-derived Materials for Metal-free Carbocatalysis of Organic Reactions

Jie Huang, Jiangbo Xi(), Wei Chen(), Zhengwu Bai   

  1. School of Chemistry and Environmental Engineering, Key Laboratory of Green Chemical Engineering Process of Ministry of Education, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430205, China
  • Received:2021-07-23 Published:2021-08-23
  • Contact: Jiangbo Xi, Wei Chen
  • Supported by:
    National Natural Science Foundation of China(51772110); Open Project of Key Laboratory of Green Chemical Engineering Process of Ministry of Education(GCP20200205)

近年来, 随着绿色化学和可持续发展等创新理念的提出, 无金属催化剂逐渐成为催化领域的研究热点和前沿. 石墨烯作为一种新型纳米碳材料, 具有机械强度大、比表面积高、稳定性好、电学性质优异等特点, 经过改性或功能化后的衍生物可以作为无金属碳基催化剂, 在有机反应中展现了良好的应用前景. 本文综述了石墨烯衍生物的结构和性质, 探究了石墨烯基材料的结构与催化活性之间的关系, 总结了此类材料作为无金属催化剂在氧化、还原/氢化、偶联、取代反应以及其他有机反应中的应用和反应机理.

关键词: 石墨烯, 石墨烯衍生材料, 碳基催化剂, 有机反应, 无金属催化, 催化机理

The rise in global demand for green chemistry and sustainable development have driven immense research in the fundamental science of catalysis. Metal-free catalysis, serves as an ideal industrial technology, has emerged as a new frontier and hot point in modern catalysis science due to its green and sustainable properties. As a new carbonaceous material, graphene exhibits high surface area, excellent stability, unique mechanical and electronic properties. Its physical and chemical properties can be further modulated by modification and functionalization. Graphene derivatives have been successfully employed in a variety of chemical transformations recently, showing them to be promising metal-free organocatalysts. This review highlights the recent advancements of graphene-derived materials as metal-free carbocatalysts and their application in organic reactions, such as oxidation, reduction or hydrogenation, coupling, substitution, etc. The possible structure-performance relationships of graphene-based carbocatalysts and metal-free organocatalytic mechanisms are also emphasized.

Key words: graphene, graphene-derived material, carbocatalyst, organic reaction, metal-free catalysis, catalytic mechanism