作者:宋檢 時間:2022-12-08 來源:互聯網
近日,中國科學院深圳先進技術研究院喻學鋒團隊在二維黑磷領域取得新突破,利用黑磷的化學活性來合成高附加值磷基化學品,開創性地發展了黑磷在磷化學中的應用。相關工作Black Phosphorus: An Effective Feedstock for the Synthesis of Phosphorus-Based Chemicals(《黑磷:一種合成磷基化學品的有效原料》)在線發表于中國化學會新刊CCS Chemistry 首期。論文共同**作者為深圳先進院研究助理吳列和博士后邊式。
磷基化學品廣泛應用于藥物、電池電解質、催化劑配體等多個領域且展示出優異的性能。目前工業中大多數磷基化學品的生產主要依靠以白磷為原料的高耗能的熱法工藝,然而此工藝復雜,會消耗大量的能源并對環境造成*大的污染。直接將低毒物質轉化為高附加值磷化學品是目前懸而未決的問題。近年來,與石墨烯一樣擁有二維層狀結構的黑磷在光電器件、催化和生物醫學等領域有巨大應用潛力。喻學鋒課題組在之前的工作中,通過對黑磷的化學活性進行了一定研究,如黑磷在水氧環境中的降解(Nat. Commun. 2016, 7, 12967)、黑磷與金屬離子的配位(Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5003;Small 2018, 14, 1801405)、黑磷表面P-C鍵的構建(Chem. Mater. 2017, 29, 7131)。這些研究表明黑磷具有很好的化學活性且安全、無毒、可控,適合作為磷源合成各種磷化學品。
在該項研究中,課題組首次以黑磷為原料來合成含磷化合物。其中所用黑磷為由紅磷球磨制得的納米顆粒。黑磷與烯烴或鹵代烴通過一步法反應可直接將黑磷轉化為含P-C鍵的磷基化學品。研究表明,改變反應條件可選擇性地合成烷基膦化物(產率可達64%)或烷基膦氧化物(產率可達71%)。通過調整烯烴或鹵代烴與黑磷的投料比可選擇性地合成一級、二級、三級烷基膦化物/烷基膦氧化物,選擇性可達90%以上。這些結果表明黑磷有很好的反應活性以及選擇性,可很好地適用于有機合成。此外,該項研究也通過類似的方法成功合成出含P-F鍵、P=S鍵的磷基化學品。該項研究所合成的磷基化學品可作為農藥、電池電解質、催化劑配體以及藥物中間體等廣泛運用。與傳統基于白磷的方法相比,這種直接基于黑磷的合成方法只需要溫和的條件且不涉及有毒底物。這種高效和環境友好的方法展現了黑磷在有機合成領域具有巨大的潛力同時為工業生產高附加值磷基化學品提供了新的方向。該研發團隊已經申請了相關發明專利,并依托孵化的中科墨磷科技有限公司(Mophos.cn),積*推進相關技術的產業化。
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