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中科院金属所氧化石墨烯实现绿色制备

来源:http://www.65wine.com 作者:生命科学 人气:63 发布时间:2019-09-28
摘要:中科院兰州化物所 夏纪宝小组实现碳—氢羰基化绿色高效制备酰胺 记者从中科院金属所获悉,沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部提出一种电解水氧化的新方法,打破了150多
中科院兰州化物所
夏纪宝小组实现碳—氢羰基化绿色高效制备酰胺

记者从中科院金属所获悉,沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部提出一种电解水氧化的新方法,打破了150多年来通过强氧化剂对石墨进行氧化的传统思路,实现了氧化石墨烯的安全、绿色、超快制备。该成果于日前在线发表于《自然—通讯》上。

中科院金属所氧化石墨烯实现绿色制备

本报讯(记者刘晓倩 通讯员张慧玲)通过金属催化的羰基化反应,中国科学院兰州化学物理研究所夏纪宝课题组实现了首例金属氮卡宾参与的分子间碳—氢羰基化反应制备酰胺。相关成果日前在线发表在《德国应用化学》。

这里的氧化石墨烯是一种重要的石墨烯衍生物,最初主要作为宏量制备石墨烯的前驱体,近年来因其不同于石墨烯的诸多独特物理化学性质和广阔应用前景而越来越受到人们的重视。

本报讯 记者从中科院金属所获悉,沈阳材料科学国家研究中心先进炭材料研究部提出一种电解水氧化的新方法,打破了150多年来通过强氧化剂对石墨进行氧化的传统思路,实现了氧化石墨烯的安全、绿色、超快制备。该成果于日前在线发表于《自然—通讯》上。

据介绍,酰胺是一类重要的羰基化合物,广泛存在于天然产物、药物分子和聚合材料之中,传统的酰胺合成方法会产生大量的废弃物,因此发展绿色、高效、原子经济性的酰胺合成新方法具有重要意义。

由于存在大量的含氧官能团,氧化石墨烯在水中具有良好的分散性,且易于组装和功能化,已被广泛用于制备多功能分离膜、高导高强纤维、超轻超弹性气凝胶等多种功能材料,并且在电化学储能、催化、生物医药、复合材料等方面表现出良好应用前景。

这里的氧化石墨烯是一种重要的石墨烯衍生物,最初主要作为宏量制备石墨烯的前驱体,近年来因其不同于石墨烯的诸多独特物理化学性质和广阔应用前景而越来越受到人们的重视。

夏纪宝课题组一直致力于一氧化碳等碳一原料的催化转化研究。最近,他们发展了一种新型的羰基化策略,首次通过金属氮卡宾中间体实现了分子间碳—氢羰基化,高效、绿色地构建了酰胺类化合物。他们使用商业化的氯化铑二聚体为催化剂、常压下的一氧化碳作为羰基源、有机叠氮化合物作为氮源,实现了富电子芳烃的碳—氢酰胺化反应。氮气是该反应的唯一副产物,反应具有原料易得、反应简单、条件温和、绿色高效等优点。

目前,氧化石墨烯主要是通过剥离氧化石墨来进行制备。而氧化石墨的制备迄今已有150多年的历史,传统的方法都是基于石墨与大量浓硝酸、浓硫酸、高锰酸钾等复合强氧化剂的反应来实现,不仅存在爆炸的风险,而且污染严重,反应周期长。

由于存在大量的含氧官能团,氧化石墨烯在水中具有良好的分散性,且易于组装和功能化,已被广泛用于制备多功能分离膜、高导高强纤维、超轻超弹性气凝胶等多种功能材料,并且在电化学储能、催化、生物医药、复合材料等方面表现出良好应用前景。

该研究利用简单易得的原料,为酰胺化合物的合成提供了一种绿色高效的新方法,同时提供了一种一氧化碳的新型催化转化策略,为后续研究打下了基础。

先进炭材料研究部提出的新方法首先在浓硫酸中将石墨插层,然后在稀硫酸中对插层石墨进行氧化。反应中硫酸几乎没有损耗,也不生成其他物质,可被重复用于电化学反应。研究还发现,电解水氧化制备氧化石墨烯的氧化速率比现有方法快100倍以上,而所得材料与现有方法类似,并且易于连续化制备。

目前,氧化石墨烯主要是通过剥离氧化石墨来进行制备。而氧化石墨的制备迄今已有150多年的历史,传统的方法都是基于石墨与大量浓硝酸、浓硫酸、高锰酸钾等复合强氧化剂的反应来实现,不仅存在爆炸的风险,而且污染严重,反应周期长。

相关论文信息:

该方法有效解决了氧化石墨烯制备长期面临的爆炸危险、环境污染及反应周期长的问题,有望大幅降低制备成本,有利于氧化石墨烯的工业化应用。相关技术已申请中国发明专利和PCT专利,并已成果转让成立了深圳烯材科技有限公司。

先进炭材料研究部提出的新方法首先在浓硫酸中将石墨插层,然后在稀硫酸中对插层石墨进行氧化。反应中硫酸几乎没有损耗,也不生成其他物质,可被重复用于电化学反应。研究还发现,电解水氧化制备氧化石墨烯的氧化速率比现有方法快100倍以上,而所得材料与现有方法类似,并且易于连续化制备。

《中国科学报》 (2019-05-17 第3版 综合)

(原载于《中国科学报》 2018-01-22 第5版 创新周刊)

该方法有效解决了氧化石墨烯制备长期面临的爆炸危险、环境污染及反应周期长的问题,有望大幅降低制备成本,有利于氧化石墨烯的工业化应用。相关技术已申请中国发明专利和PCT专利,并已成果转让成立了深圳烯材科技有限公司。

《中国科学报》 (2018-01-22 第5版 创新周刊)

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