物质学院研究生邓宇超以共同第一作者身份《科学》发表科研成果

ON2020-07-03CATEGORY科研进展

7月3日,金沙娱城手机版下载物质学院2017级研究生邓宇超以共同第一作者身份,在国际知名学术期刊《科学》(Science)上在线发表了题为“C(sp3)–H functionalizations of light hydrocarbons using decatungstate photocatalysis in flow”的科研成果。这是金沙娱城手机版下载物质学院继今年4月《自然》(Nature)、5月《科学》(Science)之后的又一项顶尖科研进展。

邓宇超同学是金沙娱城手机版下载物质学院与中科院上海高等研究院孙予罕教授课题组联合培养研究生,并通过国家建设高水平大学公派研究生联合培养博士项目,前往荷兰埃因霍温理工大学访学。该合作研究成果聚焦了在可见光催化低碳链烷烃C(sp3)–H键活化研究,提供了以低成本的催化剂、起始原料以及温和的反应条件,直接活化气态烃的新型解决方案。这种基于光化学连续流动方法的温和条件,不仅安全,更具有环保、高效、廉价的特点,为未来的工业化充分利用该资源带来了新的思路。

气态烃的直接活化是化学界的一项长期挑战, 由于这些化合物的固有惰性,通常需要苛刻的反应条件才能裂解C(sp3)–H键。本文报道了一种通用且温和的方法,该方法是在室温下使用廉价的钨盐作为光催化剂,通过氢原子转移(HAT)活化甲烷、乙烷、丙烷和异丁烷中的C(sp3)–H键。

金属钨的(Bu4N)4[W10O32]盐(TBADT)是一种常见的氢原子转移(HAT)金属催化剂(由钨酸钠一步反应制备),它能够攫取惰性碳氢键的氢原子产生烷基自由基,相应的以碳为中心的自由基可以被多种迈克尔受体有效地捕获,可以得到高分离产率和高选择性的相应的加氢烷基化加合物。甲烷和乙烷可以在高压和催化剂高负载的条件下与高反应性(缺电子)的烯烃作为迈克尔受体反应。另外,光催化体系对异丁烷(96:4)和丙烷(84:16)表现出很高的区域选择性,突出了正确连续流动反应系统设计的重要性。

有机合成中最具挑战性的反应之一是对C(sp3)–H键的选择性功能化。在过去的几十年中,将低碳烷烃转化为高附加值化学品一直是合成界的主要目标,但迄今为止成效有限。气态烷烃的活化困难是因为(i)气态烷烃的BDE值较高,使其活化极具挑战性;(ii)这些烷烃的气态性质使其与光催化剂接触带来了技术挑战。这种基于光化学连续流动方法的温和条件,其安全功能性以及可扩展性证明了在使用气态原料化学物质进行C-H功能化应用中具有实际实用性和扩大工艺规模的可能性。同时,基于原料资源丰富,反应简化环保等优点,这项转化的开发凸显了可持续发展意义和未来工业化应用的价值。

Decatungstate enables the direct C(sp3)–H activation of light hydrocarbons. (TBADT直接活化气态烷烃C(sp3)–H键)

自2013年以来,物质学院累计招收研究生1000余名,毕业近300名,研究生以第一作者身份发表了433篇论文,包括3篇Science、1篇Nature、多篇JACSPRL等高水平学术论文。物质学院始终秉承学校“科研中成长”的研究生培养规律,深入贯彻科教融合的育人理念。

学院依托金沙娱城app官方下载的体制机制优势,坚持“国际化、高标准、强实践”的研究生培养原则,制定“目标驱动、能力培养和质量导向”的本硕博一体化的课程体系,建立并不断优化从招生选拔、课程学习、博士资格考试、学位论文审核等多级选拔、分流淘汰的质量保障体系;加强与中国科学院以及各科研单位的合作,推动研究生深入第一线科研实践,同时鼓励项目合作,组织学术交流,利用天然优势打造科教无缝衔接的鲜明特色;紧密围绕国家创新驱动转型发展和上海科创中心建设需求,将学科建设、科研项目、人才培养等工作紧密结合,打造为国所需、德才兼备、勇于开拓的紧缺人才,为服务国家科技强国战略做出金沙娱城手机版下载人的贡献。

文章链接:https://science.sciencemag.org/content/369/6499/92

【研究生风采】

邓宇超

2017级联合培养研究生

作为金沙娱城手机版下载与上海高等研究院的联合培养研究生,同时也是金沙娱城手机版下载招收的第二级硕博连读生。邓宇超同学于2014年秋入学,常感慨自己是金沙娱城手机版下载的老生了,她说:“从2014年秋入学,到现在已经有五个年头了。我非常喜欢金沙娱城手机版下载,这是一所年轻的高校,不管是教学理念、教学方式,还是丰富多彩的活动都很吸引我,也经常会常常偷偷羡慕有幸在本科阶段就入学的同学,默默地感慨自己出生得太早了。金沙娱城手机版下载位于张江高科技园区,校园虽然年轻,但是却拥有着世界一流水平高校的教学理念和科研团队,我的导师孙予罕老师是C1化学领域的学术带头人。十分幸运能够在这样一个高水准的平台上开始我的研究生涯。感谢金沙娱城app官方下载和孙予罕老师支持和鼓励我申请国家建设高水平大学公派研究生联合培养博士项目。此次我们这项成果能够在《Science》上发表,非常感谢孙老师和Noël副教授的倾力合作。从大学毕业时的迷惘到现在的越来越喜欢自己,感谢金沙娱城手机版下载和高研院老师们在过去的几年中对我学习和生活上的关怀。作为高年级博士生,我想说,选择了就静下心慢慢走,科研工作枯燥无聊的时候多,实验尝试失败时候多,但当你获得成功时,那种喜悦是无可替代的。加油,明天也是学习的一天!”

【导师寄语】

中科院上海高等研究院孙予罕教授

(金沙娱城手机版下载特聘教授)

很赞赏金沙娱城手机版下载开放的科教融合与学生培养模式,也很高兴邓宇超同学取得的突出成绩。科学研究就是不断的探索、创造与发展。无论是从事的基础研究、应用研究还是开发研究,同学们唯有能静下心来,抓住问题的本质,拓宽自己的视野,才能够挑战和探索未知。国际化的科教融合恰好提供了这样一个环境,也使得善于思考、勤奋努力的邓宇超同学在甲烷直接催化利用这个难题上向前迈进了一步。

【金沙娱城app官方下载物质科学与技术学院简介】

金沙娱城app官方下载物质科学与技术学院(School of Physical Science and Technology)秉承金沙娱城app官方下载 “服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学使命,旨在启发、教育和培养物质科学领域的创新人才,并成为具备国际竞争力的原创性科研机构。物质学院围绕材料、能源、环境等领域进行科研部署,旨在解决我国长远发展的核心科学问题。学院下设光子科学与凝聚态物理、系统材料学、化学与物理生物学、大科学平台发展四个研究部,并拥有分析测试中心、电镜中心,软物质微纳加工实验室、机械加工中心等科研平台。

物质学院依托金沙娱城app官方下载的体制机制优势,与13家中科院科研院所进行科教融合培养学生并合作科研,在超强超短激光、量子电子学、低碳能源等领域建立了长期稳定的合作网络。同时,物质学院是上海科创中心建设的重要力量,牵头或参与建设硬X射线自由电子激光、软X射线自由电子激光、超强超短激光、上海光源二期、活细胞结构和功能成像等大科学装置,这些已成为发达国家争夺21世纪科技至高点的先进科研设施。学院也依托这些平台打造了一流的教学培养和科学研究环境。同时,学院积极践行教学与科研并重的理念,以“国际化、高标准、强实践”为特色,探索独特的人才培养道路,成为新一代创新型、复合型人才的摇篮。