清華新聞網(wǎng)9月13日電 近期，清華大學(xué)化工系王鐵峰教授團(tuán)隊(duì)在非均相氫甲?；芯糠矫嫒〉弥匾M(jìn)展，開(kāi)發(fā)了性能優(yōu)異的Rh基無(wú)機(jī)磷化物催化劑，針對(duì)苯乙烯氫甲?；磻?yīng)，獲得了與均相催化劑相當(dāng)?shù)拇呋钚浴?/p>
氫甲?；且活?lèi)重要的化學(xué)反應(yīng)，可以將烯烴和合成氣轉(zhuǎn)化為醛，產(chǎn)物是高附加值精細(xì)化學(xué)品或醫(yī)藥中間體。目前，氫甲?；I(yè)過(guò)程主要采用均相工藝，使用含有機(jī)磷配體的Rh基均相催化劑，存在產(chǎn)物分離困難、貴金屬流失和產(chǎn)生含磷廢水等問(wèn)題。王鐵峰團(tuán)隊(duì)總結(jié)了近十年來(lái)非均相氫甲?；磻?yīng)催化劑的設(shè)計(jì)思路和反應(yīng)機(jī)理研究成果，為未來(lái)的催化劑理性設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)。特別針對(duì)不同的烯烴反應(yīng)物，總結(jié)了相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理及催化劑設(shè)計(jì)面臨的主要挑戰(zhàn)，針對(duì)性地提出了優(yōu)化策略。具體地說(shuō)，氣態(tài)短鏈烯烴反應(yīng)化學(xué)選擇性控制是關(guān)鍵，因此電子結(jié)構(gòu)優(yōu)化是主要技術(shù)手段。而液態(tài)長(zhǎng)鏈烯烴或芳香烯烴反應(yīng)的化學(xué)選擇性一般較高，催化劑活性和區(qū)域選擇性是其催化劑設(shè)計(jì)的主要矛盾，因此減少空間位阻的設(shè)計(jì)和反應(yīng)條件的優(yōu)化更為重要。該團(tuán)隊(duì)采用Rh基無(wú)機(jī)磷化物催化劑，在優(yōu)化反應(yīng)溫度和壓力下，實(shí)現(xiàn)了苯乙烯氫甲酰化反應(yīng)支鏈醛產(chǎn)物選擇性大于95%。
Rh基非均相催化劑在不同烯烴反應(yīng)物氫甲酰化反應(yīng)中的應(yīng)用及相應(yīng)調(diào)控策略
該團(tuán)隊(duì)受邀在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《化學(xué)》（Chem）上發(fā)表題為“Rh基催化劑催化的烯烴非均相氫甲?；磻?yīng)”（Heterogeneous hydroformylation of alkenes by Rh-based catalysts）的綜述文章，并受邀在《自然》（Nature）發(fā)表題為“雙功能對(duì)位點(diǎn)的協(xié)同催化”（Synergistic catalysis at bifunctional pair sites）的News&Views文章。
在發(fā)表于《自然》的News&Views文章中，對(duì)《自然》同期文章《雙功能非均相氫甲?；疪h-WOx原子對(duì)催化劑》（Bifunctional hydroformylation on heterogeneous Rh-WOxpair site catalysts）進(jìn)行了評(píng)述，闡述了Rh-WOx活性對(duì)式催化劑的明確活性位結(jié)構(gòu)，及其在乙烯氫甲?；械膮f(xié)同催化機(jī)理。該雙功能協(xié)同催化機(jī)制使乙烯氫甲?；磻?yīng)中丙醛選擇性超過(guò)95%；結(jié)構(gòu)明確單一的活性位有利于清楚地揭示非均相氫甲?；磻?yīng)機(jī)理；最后，對(duì)活性對(duì)式催化劑的工業(yè)應(yīng)用挑戰(zhàn)和未來(lái)研究方向進(jìn)行了展望。
Rh-WOx活性對(duì)式催化劑上乙烯氫甲?；磻?yīng)路徑
近年來(lái)，王鐵峰團(tuán)隊(duì)合成了一系列性能優(yōu)異的新型Rh基無(wú)機(jī)磷化物氫甲?；磻?yīng)催化劑，提出了非均相氫甲酰化催化劑的活性描述符，為高效篩選催化劑奠定了基礎(chǔ)；基于反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)研究，實(shí)現(xiàn)了催化性能優(yōu)化。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將無(wú)機(jī)金屬磷化物催化劑拓展用于乙酰丙酸乙酯加氫制戊內(nèi)酯和醇類(lèi)氨化反應(yīng)體系，均獲得了優(yōu)異的催化性能。
Rh基無(wú)機(jī)磷化物催化機(jī)理研究和高效催化劑開(kāi)發(fā)
《化學(xué)》綜述文章的第一作者為化工系2018級(jí)直博生劉伯陽(yáng)，清華大學(xué)為論文第一完成單位，通訊作者為王鐵峰和哥倫比亞大學(xué)教授陳經(jīng)廣?！蹲匀弧種ews&Views文章的第一作者和通訊作者為王鐵峰。
該研究得到了中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。
論文鏈接
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.07.020(Chem)
https://doi.org/10.1038/d41586-022-02345-z(Nature)
供稿：化工系
題圖設(shè)計(jì)：金婭辰
編輯：李華山
審核：郭玲
