作者:宋檢 時間:2022-12-08 來源:互聯(lián)網(wǎng)
近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒團(tuán)隊在二維黑磷領(lǐng)域取得新突破,利用黑磷的化學(xué)活性來合成高附加值磷基化學(xué)品,開創(chuàng)性地發(fā)展了黑磷在磷化學(xué)中的應(yīng)用。相關(guān)工作Black Phosphorus: An Effective Feedstock for the Synthesis of Phosphorus-Based Chemicals(《黑磷:一種合成磷基化學(xué)品的有效原料》)在線發(fā)表于中國化學(xué)會新刊CCS Chemistry 首期。論文共同**作者為深圳先進(jìn)院研究助理吳列和博士后邊式。
磷基化學(xué)品廣泛應(yīng)用于藥物、電池電解質(zhì)、催化劑配體等多個領(lǐng)域且展示出優(yōu)異的性能。目前工業(yè)中大多數(shù)磷基化學(xué)品的生產(chǎn)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(fù)雜,會消耗大量的能源并對環(huán)境造成*大的污染。直接將低毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高附加值磷化學(xué)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(jié)構(gòu)的黑磷在光電器件、催化和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有巨大應(yīng)用潛力。喻學(xué)鋒課題組在之前的工作中,通過對黑磷的化學(xué)活性進(jìn)行了一定研究,如黑磷在水氧環(huán)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(gòu)建(Chem. Mater. 2017, 29, 7131)。這些研究表明黑磷具有很好的化學(xué)活性且安全、無毒、可控,適合作為磷源合成各種磷化學(xué)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(yīng)可直接將黑磷轉(zhuǎn)化為含P-C鍵的磷基化學(xué)品。研究表明,改變反應(yīng)條件可選擇性地合成烷基膦化物(產(chǎn)率可達(dá)64%)或烷基膦氧化物(產(chǎn)率可達(dá)71%)。通過調(diào)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(dá)90%以上。這些結(jié)果表明黑磷有很好的反應(yīng)活性以及選擇性,可很好地適用于有機(jī)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(xué)品。該項研究所合成的磷基化學(xué)品可作為農(nóng)藥、電池電解質(zhì)、催化劑配體以及藥物中間體等廣泛運(yùn)用。與傳統(tǒng)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(huán)境友好的方法展現(xiàn)了黑磷在有機(jī)合成領(lǐng)域具有巨大的潛力同時為工業(yè)生產(chǎn)高附加值磷基化學(xué)品提供了新的方向。該研發(fā)團(tuán)隊已經(jīng)申請了相關(guān)發(fā)明專利,并依托孵化的中科墨磷科技有限公司(Mophos.cn),積*推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。
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