烯烴氫甲酰化是羰基化反應(yīng)的一種,從烯烴和合成氣(CO/H2)原子經(jīng)濟(jì)性100%地得到碳鏈增長的醛,可以進(jìn)一步制備醇、胺、羧酸等一系列化學(xué)中間體和精細(xì)化學(xué)品。通過氫甲酰化反應(yīng)生成的各種化學(xué)品的年產(chǎn)量已超過兩千萬噸,貴金屬銠Rh是目前主流的氫甲酰化催化劑。豐產(chǎn)金屬鈷Co具有成本優(yōu)勢,但由于其固有的低活性和低穩(wěn)定性,用于氫甲酰化的Co基催化劑發(fā)展緩慢。
針對上述問題,中國科學(xué)院上海高等研究院研究員王慧團(tuán)隊與上海科技大學(xué)研究人員合作,在烯烴羰基化低碳催化研究中取得進(jìn)展。該團(tuán)隊通過合成具有碳空位的Co2C催化劑,構(gòu)建了Co-Cv-Co-C對稱破缺活性位點,提高了烯烴氫甲酰化反應(yīng)的性能。相關(guān)研究成果以Efficient Alkene Hydroformylation by Co–C Symmetry-Breaking Sites為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上。 該團(tuán)隊通過合成具有碳空位的Co2C催化劑,構(gòu)建局部Co–Cv–Co–C對稱破缺活性位點,相比于Co和Co2C,形成了適中的表面電荷密度梯度,增強(qiáng)了CO和C3H6的吸附和活化,CO和丙基之間的極化同時得到了顯著提升。此外,對稱破缺活性位點的構(gòu)建縮短了相鄰鈷原子位點之間的空間距離,增強(qiáng)了電子和空間結(jié)構(gòu)效應(yīng)的協(xié)同作用,降低了反應(yīng)過程的能壘。通過H2預(yù)處理,可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)Co–Cv–Co–C位點密度,丙烯氫甲酰化的周轉(zhuǎn)數(shù)最高可達(dá)18364,優(yōu)于所有已報道的鈷基催化劑,超越了部分Rh基催化劑。該研究為催化劑原子環(huán)境的調(diào)控提供了有效策略,為復(fù)雜反應(yīng)中新型催化劑的開發(fā)提供了新思路。 研究工作獲得國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。
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