在过去的30年中，被誉为超越Si的下一代半导体的III族氮化物给我们的日常生活带来了巨大变化。随着在LED照明和电力电子领域的革命性应用，使用III型氮化物半导体作为化学反应的催化剂也引起了广泛的关注。然而，尽管诸如水分解，CO₂还原和固N₂之类的无机反应取得了令人瞩目的成就，但III族氮化物作为有机反应催化剂的使用却受到了较少的关注。

有鉴于此，加拿大麦吉尔大学李朝军和美国密歇根大学的Mi Zetian等人，总结了在有机分子共价键活化中使用III型氮化物以实现更有效或更绿色的反应。

本文要点

1）总结了将BN，AlN和GaN用作活性催化位点或催化剂载体，用于合成强大的多相催化剂，实现有机化合物的各种键的活化。用BN，AlN或GaN在各种热条件或光条件下分别实现了以烷烃和含氧化合物为代表的非极性键和极性键的活化。通常，除了III族氮化物作为催化剂中心载体的一般能力外，BN，AlN和GaN均具有路易斯酸碱性，并且在有机化学键的活化中显示出这种反应性。此外，BN和GaN在ODH反应中有很好的应用前景，这为聚合物的制备提供了更便利的途径，也为页岩气作为化学原料提供了新的应用。

2）此外，GaN光催化剂的晶体结构、表面性质和带隙的精密工程使其具有了前所未有的反应活性。因此，在“下一代半导体”的更广泛背景和应用中，可以设想III-氮化物催化剂的以下未来发展：首先，进一步的深入研究在深可见光和近红外中对III型氮化物进行间隙调整，可以实现更多由太阳能直接驱动的反应。

3）通常，作为宽带隙半导体，III族氮化物不仅为催化提供了更大的驱动力，而且需要更大的能量输入，从而导致在本征III族氮化物的活化中短波长光的使用增加。如今，利用电气工程学开发的最先进的掺杂和合金化技术可以有效解决这一问题，从而实现太阳能光催化反应。其次，现代半导体工程的进步使更节能的多结结构成为可能。由于太阳光子发射的广泛分布，如果使用单一的III族氮化物催化剂（单结），则理论上的太阳转化效率只有33.5％的极限（Shockley-Queisser极限）。如果可以使用多结III族氮化物催化剂，则可以大大超过这一极限。在有机化学催化中仍未得到充分探索，并可以大大提高催化效率和空前的反应性。第三，可以在晶圆级上开发III-氮化物催化的转化，使高效催化甚至多个催化同时在单个晶圆上反应。巧合的是，这与电子工程的发展趋势是相似的，超大规模集成电路(VLSI)的发展得到了越来越多的研究和市场价值，使机器能够完成越来越复杂的任务。同样，在化学工程中，化学反应的大规模集成使从“化学神经元”到反应扩散机器人等各种新事物成为可能。

总之，鉴于热驱动反应和光驱动反应均适用于各种基材，因此该工作可以激发更多使用“未来半导体”进行催化探索的创新。

参考文献：

Mingxin Liu et al. Group-III Nitrides Catalyzed Transformations of Organic Molecules.

DOI: 10.1016/j.chempr.2020.09.014

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.09.014