文 献 综 述
0前言
选择性加氢在石油工业、精细加工以及医药化工等领域都有着重要而广泛的应用，是合成众多有机化工产品的核心步骤，但传统的选择性加氢过程不仅能耗巨大，某些加氢方法会导致多个基团竞争性反应伴随较多副反应产物的产生，而且加氢的选择性依赖于贵金属催化剂。所以，环保、经济的选择性加氢是一个亟待解决的科技难题和研究热点。寻找新材料和新技术来解决上述问题、进一步提高利用资源的利用效率、减少副产物的产生对环境的危害、发展绿色化学催化，是研究的热点。本次研究中，通过对光催化材料的有机官能基团活化加氢，避免析氢反应，从而提高反应的能源利用率和选择性，提供一种新的太阳能到化学能的转化方式。以一类不饱和有机物的选择性加氢反应作为催化模型反应，分析光催化加氢过程中可能中间态的性质，探究质子-电子耦合转移到目标官能团进行加氢反应的具体途径，揭示光催化选择性加氢反应效率提升的内在机制。
正文
- 项目依据
目前利用光催化技术来转化太阳能来进行催化加氢反应的研究主要集中在贵金属纳米颗粒材料体系的表面等离子效应、热电子、金属氢键结合等方面。在表面等离子效应中，薛学冰等人做了利用可见光光催化剂选择性还原负载金纳米粒子的实验，实验发现负载的金纳米粒子（Au-NPs）是有效的光催化剂。在光照射下，金纳米粒子可以从异丙醇中提取氢，在粒子表面上形成Au-H物质。活性Au-H物质可与NvO，NvN，CvO双键或环氧化物键反应，这些键通过与金纳米粒子中的被激发电子的相互作用而被削弱，并生成最终的还原产物。我们可以通过控制辐射波长来调节光催化剂的还原能力。
相对于有些贵金属颗粒吸收特定波长光产生热电子进行催化反应，我们常使用半导体光催化材料进行选择性加氢反应。主要原因是半导体材料表面具有丰富的表面态，具有可调控性，我们可以通过改变半导体的表面态实现有机反应物底物的官能团在半导体表面的选择性吸附，进而大大提高反应物的选择性。
- 光催化反应
光催化是一种催化剂吸收光子，产生高能电子和空穴，进而引发还原或氧化(氧化还原)反应的过程。一个典型的光催化过程涉及三个阶段:(1)催化剂产生电子空穴对的光激发;(2)激发态电荷的分离及其在催化剂表面的扩散；(3)氧化还原反应表面电荷的转移。同时，可以发现整个光催化过程基本上涉及到与电荷动力学相关的三个关键步骤，即电荷的产生、传递和消耗。这三个关键步骤影响电荷动力学，例如，电荷的产生在很大程度上取决于光收集半导体的能带结构，而催化剂内部和表面的晶体结构和缺陷分别会影响电荷的传递和消耗。因此，在每个步骤中建立这些参数间的关系是获得光催化系统信息的一个重要步骤。根据这些关系，可以确定哪些参数是限制现有系统性能的瓶颈，然后通过调整参数合理设计新的光催化系统。为了建立这种关系，需要三种工具来进行多学科研究:材料合成、表征技术和理论模拟。在新催化系统的设计时,这三个工具可以帮助我们实现我们的设计或测试设计是否符合我们的要求。
图1 指导动力学的原理图
