金是最稳定的金属.docxVIP

1 引言 金是最稳定的金属，一直以来被视为一种惰性催化剂。然而，金的纳米颗粒是一种高效的绿色的催化剂，并且在均相催化和非均相催化方面形成了一个流行的前沿研究。在金纳米颗粒催化领域最重要的发现是在空气中将一氧化碳氧化成二氧化碳的过程中，金纳米颗粒有很高的催化效能。这种氧化在环境和商业上有巨大的潜力。在燃料电池中，由于可轻易实现一氧化碳的选择性氧化而不需要宝贵的氢气。现在要做的是反应条件的优化，即使在零下八十度，也能应用于实际当中。比如，金纳米离子在防毒面具中作为添加剂，或在分析仪器上传感器。随着早期的发现，一些重要的金纳米粒子催化剂转向可持续化学的过程也被开发了出来。如把甲醇氧化成重要的化学试剂甲酸甲酯，或者是生产批量的醋酸乙烯和氯乙烯，基本化合物的聚合反应。用吸附和沉积—沉淀和其他方法，可以使金纳米颗粒负载在可控形状的金属氧化物的表面。它们可以轻易控制，在空气中具有相当的稳定性。为了防止失活，可以分散并用碘甲烷处理使其重新激活。此外，金纳米颗粒负载在聚合物或生物聚合物的炭质材料，在形成超薄薄膜方面得到了广泛的关注。含有少量双金属或三金属的合金的催化也是一个快速发展的领域。在本文中，回顾了这类材料的结构和表面化学，并且又提出了几个合成应用。鉴于少量需氧的一氧化碳的氧化，金纳米粒子在各种氧化中被用作强的催化剂。如在氧化醇类，醛类，胺，碳氢化合物，烯烃的环氧化，利用氧气和空气为氧化剂，这样的过程已一去不复返了。此外，氢和氧反应来生产有工业价值的过氧化氢的过程一直得到广泛地研究。最近取得了重大的进展。金纳米粒子的催化机理，尤其是需氧催化过程，是一个一直争论的问题。主要是是金簇，还是氧化的金离子，Au(i)或Au(iii)是催化的活性中心。很明显，这是一个复杂的机理。例如，催化中心承载着不同的金的氧化物，在相同的金纳米粒子的催化剂，可能是夹层通道催化的原因。除了活性物种的氧化能力，和它们的形状，大小和纳米负载的位置也是至关重要的。显示表明，材料表面的催化活性中心，在金纳米粒子与载体接触的周围。 还原三价的金是制备金米纳粒子负载在氧化物表面典型的方法。虽然预计所有的金的阳离子都会被被还原成金簇，但是最近的实验表明，金纳米粒子和氧化物的体系中也有可能含有Au(i) 或Au(iii)。这类物质已被确定，并通过XPS，峰的特点可以进行定量分析。氧化的金离子可能是与金簇通过羟基的作用也负载在金属氧化物表面。Norskov和同事提出金纳米粒子弯道和边缘处的低协调的金原子是催化活性中心的观点。另一方面，由于金与氧化铈的相互作用，表明了Ce4+/Ce3+和Au3+/Au+之间的转化是可逆的。这加强了分散的金纳米粒子的催化活性。在Au/TiO2的例子中，假设TiO2表面包含有带正点的金离子，促进金纳米粒子催化一氧化碳。一般来说,金纳米粒子与载体之间的相互作用似乎是在金纳米粒子催化和粒子大小的稳定，结块最小化方面都有着至关重要的作用。这种现象的一个主要原因是金阳离子是在纳米颗粒表面产生的。 尽管三价金离子表面显示了催化活性，特别是在需氧氧化的过程。但是，我们强调在金属氧化物负载的金纳米粒子包含有一小部分金簇，将金氧化成Au+甚至是Au2+和Au3+。这些稳定的阳离子可以作为路易斯酸或参与金的氧化催化反应。这是金纳米粒子催化活性的原因。换言之，在某种程度上，载体上的金纳米粒子可以看做是均相粒子催化剂。通过比较一价金的配合物和三价的配合物金纳米粒子的催化活性，已被用作实验方法，来证明金纳米催化活性中心的本质。因为基于此现象，看起来，离子和非离子的金都参与了催化过程。它们可以看做是像“瑞士军刀”一样多用途的的多相催化剂。固载金离子催化剂，通过共价键结合，形成固体载体（通常是树脂），或多孔材料，也是一类催化剂，可以应用在固载金催化反应。但是，直到目前，它们还是没有受到很多的关注。主要原因是由于少数报道描述了固载化均匀配合物的多相化在不溶性大面积固体上是不稳定的。因为这些配合物在反应中易于分解。重要的是对金配合物稳定性的评估，因为这将是它们在固体内共价作用和它们作为多相催化剂的一个先决条件。这仍然是一个要深入探索的领域，其他的过渡金属也应该有类似的研究，并开发可重复利用的非均相催化剂。在单一配合物的多相化领域，介孔固体是当中最重要的材料。这是因为这些材料有很大的表面积。但是要注意底物和试剂的扩散。介孔材料的可以先扩散。然而，除了极好的催化氧化过程，近些年来，金纳米粒子还被发现在一些新颖的和未知的反应中有着独特的催化作用。本文综述了近些年来在二氢，环氧化合物，醇，羰基化合物，炔烃或硼氢化合物以及对二氧化碳的固定，C—C交叉耦合反应氢催化转移等取得的成就。一般来说，在目前的情况，金纳米粒子的催化反应，在相同的材料中，有不同氧化态的金离子，这使得金纳米粒子是一个多功能的