近日，博彩网站推荐 青年教师吕维扬、姚玉元团队和宋昌盛团队在国际权威学术期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition, Angew. Chem. Int. Ed.）上，发表了题为“M-N₃ configuration on boron nitride boosts singlet oxygen generation via peroxymonosulfate activation for selective oxidation”的研究论文。博彩网站推荐 20级博士生甄建政为论文的第一作者，浙江理工大学吕维扬、宋昌盛和华东理工大学邢明阳为共同通讯作者。该研究成果得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和上海市优秀学术带头人等项目的支持。

活性氧种（ROS）在水体修复和有机合成等领域扮演重要角色，主要包括硫酸根自由基（SO^4•-）、羟基自由基（^•OH）、超氧自由基（O^2•-）和单线态氧（¹O₂），其中¹O₂因其优异的选择性氧化能力和抗环境干扰能力而备受关注。过渡金属单原子催化材料（SACs）具有金属原子高度分散和结构均一的特性，是提高催化活性和选择性的理想材料，特别是N掺杂碳负载SACs已经被证实能活化过一硫酸氢盐（PMS）选择性生成¹O₂。然而，这类催化剂的金属分散性需精准调控，导致合成方法复杂化，无法实现普适性制备，并且详细的催化机制和活性位点的鉴定仍然存在争议。

针对上述问题，研究团队采用具有优异化学稳定性和富氮特性的氮化硼来替代碳氮载体，通过预制含有B空位的氮化硼（BvBN）来直接锚定金属，构建了系列具有明确金属-氮（M-N₃）位点的氮化硼基单原子催化剂（BvBN/M， M = Co，Fe，Cu，Ni，Mn），可驱动PMS活化高选择性产生¹O₂，进而在温和条件下实现芳香醇至芳香醛的氧化合成，为PMS体系中¹O₂的高效生成和应用提供了有效策略。

图1. BvBN/M催化剂设计的理论分析

作者首先通过密度泛函理论计算来验证BvBN负载不同金属单原子活化PMS选择性生成¹O₂的可行性。理论计算结果表明，BvBN负载Co、Fe、Cu、Ni、Mn五种金属在热力学上均趋向于形成M-N₃配位结构，并且PMS中的边缘O更容易在金属位点上发生吸附，遵循PMS活化生成¹O₂的吸附构型，为催化剂的设计制备提供了理论支撑。

基于理论计算结果，作者通过空位调控和金属锚定策略合成了系列具有金属单原子分散的BvBN/M催化剂。为了验证BvBN/M催化剂活化PMS选择性生成¹O₂的性能，作者以双酚A（BPA）为探针污染物，通过淬灭实验、探针实验以及EPR分析验证BvBN/M-PMS体系中存在的ROS。

图2. BvBN/M催化剂的合成及表征

为揭示BvBN/M-PMS体系中生成¹O₂的反应机理，作者首先通过对比实验推断出PMS为¹O₂中氧的主要来源。随后，密度泛函理论计算结合实验结果证实，¹O₂是由两个PMS分子介导生成，没有其他中间体。另外，在反应过程中，性能最优的BvBN/Co催化剂具有适中的吸附能和d带中心，以及最低的吉布斯自由能值，这对于合理设计高性能催化材料具有重要参考意义。

图3. BvBN/M-PMS体系中¹O₂的生成机理

利用¹O₂将芳香醇选择性氧化为相应的醛，在化学工业中具有重要价值。为了验证BvBN/M-PMS体系在芳香醇选择性氧化中的适用性，作者首先以BvBN/Co-PMS体系为例来进行试验，发现在间歇式体系中反应10分钟后，苯甲醇的转化率超过91%，生成苯甲醛的选择性接近100%。为进一步提高BvBN/Co-PMS体系在芳香醛合成中的实用性，将BvBN/Co催化剂沉积在商用PVDF膜上，构建了流动式膜催化体系，可在温和条件下实现9种芳香醛的连续高效合成，选择性和转化率均接近100%。

图4. 芳香醇选择性氧化为芳香醛的性能

该研究提出了以具有优异化学稳定性和富氮特性的氮化硼来替代碳氮载体的新思路，通过空位调控和配位锚定策略设计构筑了具有明确M-N₃位点和相似物理化学性质的BvBN/M单原子催化剂（其中M = Co，Fe，Cu，Ni，Mn）。作为应用示范，将BvBN/Co与膜催化技术相结合，构筑了流动式膜反应体系，可实现9种芳香醇至芳香醛的连续化合成，选择性和转化率均接近100%。这一研究为单原子催化剂的合理设计和¹O₂的高效选择性生成提供了有益参考。

论文信息：//doi.org/10.1002/anie.202402669

作者简介

吕维扬，工学博士，副研究员/副高，硕士生导师，在浙江大学获高分子材料与工程学士学位（2013年）、材料科学与工程专业博士研究生学位（2018年），现任职于博彩网站推荐-中国博彩平台排名 。主要从事类芬顿催化、油水分离等环境污染控制与资源化领域的基础与应用研究。以第一/通讯作者在Nature Commun.、 Angew. Chem. Int. Ed.、 Adv. Funct. Mater.、Engineering、J. Mater. Chem. A等高水平期刊上发表论文30余篇，授权中国发明专利6项。主持国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中国博士后科学基金等项目，获2021年度中国纺织工业联合会纺织高等教育教学成果奖特等奖，指导学生获第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛二等奖，浙江省“挑战杯”金奖。

宋昌盛，浙江理工大学理学院物理学系，副教授，硕士生导师，新加坡南洋理工大学访问学者。主要从事凝聚态物理和材料计算研究。先后主持国家自然科学基金2项，浙江省自然科学基金1项，以第一或通讯作者在物理、材料和能源领域高影响力期刊Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Energy、Phys. Rev. Applied、 Phys. Rev. B、Appl. Phys. Lett.等发表SCI论文40余篇，授权国家发明等专利10余项。