芳烃在金属单晶表面的C-H键活化及其机理研究

One of the most charming and challenging topics in organic chemistry and chemical industry is the C-H selective activation, since it plays a key role in the energy sciences. Traditionally, the study of the C-H bond activation relies highly on the spectrum means. The lack of real-space atomic scale monitoring prevents the comprehensive understanding of the reaction pathways and the mechanisms. In this project, we propose to study the C-H bond activation behaviors of functionalized aromatic hydrocarbon on various surfaces. Combining scanning tunneling microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and density functional theory techniques, we are able to demonstrate the reaction pathway and the reaction mechanism of the surface controlled C-H bond activation. Moreover, the selectivity of the C-H bond activation will be studied on the surfaces.

“碳基能源的转化与高效利用”的关键问题之一是如何在对反应基团认知的基础上，理性地实现对它们的组装、操控和重组，碳-氢键的选择性活化偶联则是其中的核心问题之一。传统C-H键活化反应的表征通常使用各种谱学分析手段，实空间直接观察的缺失使得其对反应中间态以及催化机理等细节缺乏理解。在本项目中，通过表面在位化学技术，我们将系统研究各种官能团修饰的芳烃在表面的C-H键活化偶联现象。结合扫描隧道显微镜、X射线光电子能谱和密度泛函计算等技术，我们将阐明官能化芳烃在金属单晶表面的C-H键活化途径与机制，及其反应选择性的机理。

随着表面在位化学的日益成熟，人们发现衬底与表面吸附分子间的相互作用以及分子在清洁表面吸附所引起的特殊限域效应能够显著地降低吸附分子相应化学键的解离能。在本项中，我们以扫描隧道显微镜表征为主要研究手段，结合原子力显微镜、X光电子能谱和第一性原理计算等多种方法，系统地研究了芳烃小分子在贵金属表面的碳氢键活化现象及其机理，阐明了分子与衬底相互作用对碳氢键活化反应的势垒与反应选择性的影响，研究了动力学因素和热力学因素在碳氢键活化反应中的影响机制。共发表SCI论文12篇，其中包括一篇Nat. Commun.一篇，J. Am. Chem. Soc.三篇，Angew. Chem. Int. Ed.一篇。共培养毕业博士研究生1名，毕业硕士研究生4名。