Continuous Homogeneous Catalytic Oxidation of C–H Bonds by Metal-Free Carbon Dots with a Poly(ascorbic acid) Structure

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作者
Xiao Wang,Shaoang Chen,Yurong Ma,Tianyang Zhang,Yu Zhao,Tiwei He,Hui Huang,Shitong Zhang,Junfeng Rong,Chunfeng Shi,Kangjian Tang,Yang Liu,Zhenhui Kang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (23): 26682-26689 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.2c03627
摘要

The activation of the C–H bond, a necessary step to get high-value-added compounds, is one of the most important issues in modern catalysis. Combining the advantages of both homogeneous and heterogeneous catalysis, a certain continuous homogeneous process should be one of the ideal routes for the catalytic activation of C–H bonds. Here, through machine learning (ML), we predicted and fabricated metal-free carbon dot (C-Dot) homogeneous catalysts for C–H bond oxidation. These C-Dots have an ascorbic acid unit based polymer-like structure with a polymerization degree in the range of 3–10. With C-Dots as the catalyst, three groups (aliphatic, aromatic, and cycloalkanes) of 10 hydrocarbon molecules were tested, proving its generality for the catalytic oxidation of the C–H bond. A typical example of cyclohexane that was selectively oxidized to adipic acid (AA) by using a circulation and phase-transfer process demonstrates its critical advantages, such as the continuous and large-scaled producing ability of the homogeneous catalysis process. The one-pass conversion efficiency of cyclohexane to AA reaches 77.49% with selectivity up to 84.24% in 4 h. The yield of 16.32% per hour is about 4 times over that of modern technology. Theoretical calculations suggested that the O2 activation on C-Dots plays a crucial role in determining the reaction rate of the entire catalytic oxidation process of cyclohexane.
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