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實(shí)現(xiàn)單原子催化劑上芳香烴氫甲?;瘏^(qū)域選擇性調(diào)控

來源:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所      2020-04-24
導(dǎo)讀:近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化與新材料研究室喬波濤研究員和張濤院士團(tuán)隊(duì)在單原子催化氫甲酰化研究方面取得新進(jìn)展,首次發(fā)現(xiàn)通過反應(yīng)耦合的方式調(diào)控產(chǎn)物的區(qū)域選擇性:在不加任何配體的情況下,通過與水汽變換反應(yīng)耦合,苯乙烯可高選擇性地轉(zhuǎn)化為3-苯基丙醛,正異比高達(dá)3:1。

近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化與新材料研究室喬波濤研究員和張濤院士團(tuán)隊(duì)在單原子催化氫甲?;芯糠矫嫒〉眯逻M(jìn)展,首次發(fā)現(xiàn)通過反應(yīng)耦合的方式調(diào)控產(chǎn)物的區(qū)域選擇性:在不加任何配體的情況下,通過與水汽變換反應(yīng)耦合,苯乙烯可高選擇性地轉(zhuǎn)化為3-苯基丙醛,正異比高達(dá)3:1。

  烯烴與合成氣通過氫甲酰化反應(yīng)制備醛類精細(xì)化學(xué)品,是化工生產(chǎn)中最重要的均相催化過程之一。在經(jīng)典氫甲?;瘲l件(以氫氣作為氫源)下,與鏈狀烯烴相比,苯乙烯類底物由于苯環(huán)的電子效應(yīng),在氫甲?;磻?yīng)中更傾向于生成支鏈醛。只有在體系中加入結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜的多齒有機(jī)膦配體,才可高區(qū)域選擇性地獲得直鏈醛產(chǎn)物。該有機(jī)膦配體高昂的價(jià)格和更為復(fù)雜的制備過程限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此,針對(duì)苯乙烯類底物,探索控制其氫甲酰化反應(yīng)區(qū)域選擇性的新方法,具有極大的吸引力和挑戰(zhàn)性。

  

  本工作中,研究人員發(fā)現(xiàn)以Rh1/CeO2 SAC為催化劑,不加任何有機(jī)膦配體,在經(jīng)典氫甲?;瘲l件下,苯乙烯氫甲酰化的正異比≤1;而當(dāng)以CO、H2O和苯乙烯為初始原料,通過水汽變換原位產(chǎn)氫提供氫源時(shí),產(chǎn)物醛的正異比可至3。研究人員通過一系列對(duì)照實(shí)驗(yàn),推測(cè)這是因?yàn)樗儞Q產(chǎn)生的原位氫破壞了反應(yīng)中間體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),抑制了趨向于選擇性生成異苯丙醛的反應(yīng)機(jī)制,從而造成更高的正異比。另外,與Rh單原子催化劑相比,CeO2負(fù)載的Rh納米催化劑用于這一串聯(lián)催化體系時(shí),產(chǎn)物為苯丙醇,并且依然是正構(gòu)產(chǎn)物為主;而均相Rh催化劑由于催化水汽變換能力較差,導(dǎo)致在這一串聯(lián)體系中表現(xiàn)出極低的活性。該研究為氫甲?;瘏^(qū)域選擇性的控制提供了新思路,也為其他均相催化多相化提供借鑒。

  該研究成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)B類“能源化學(xué)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)與調(diào)控”、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)、潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金項(xiàng)目和遼寧省興遼英才計(jì)劃項(xiàng)目等資助。此外,這也是獻(xiàn)禮中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所七十周年所慶文章之一。


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