記者從中國科大獲悉，該校路軍嶺教授課題組通過利用原子層沉積(ALD)技術(shù)，設(shè)計(jì)出了單原子表面合金催化劑，實(shí)現(xiàn)了高活性和高選擇性腈類化合物催化轉(zhuǎn)化制備仲胺，并同時通過理論計(jì)算進(jìn)一步揭示了催化反應(yīng)選擇性調(diào)控的分子機(jī)理。研究結(jié)果11月1日在線發(fā)表于《自然· 通訊》上。
區(qū)域選擇性沉積示意圖
胺類化合物是一類重要的化工中間體，在生物醫(yī)藥、涂料、農(nóng)藥、橡膠等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)有機(jī)合成路線相比，基于負(fù)載型金屬催化劑的腈類化合物選擇性加氫制備胺類化合物是一種原子經(jīng)濟(jì)性高、環(huán)境友好的合成路線，受到催化屆的廣泛關(guān)注。但由于該催化路線的選擇性普遍較低，往往得到伯胺、仲胺、亞胺，以及附加值較低的氫解副產(chǎn)物，大幅度增加了后續(xù)分離成本。因此，設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)單一胺類化合物(尤其是具有高附加值的仲胺)的高選擇性合成，同時避免氫解副反應(yīng)產(chǎn)生的高性能加氫催化劑，是目前腈類化合物選擇性加氫研究的一個重大挑戰(zhàn)。
科研人員使用ALD技術(shù)，利用“區(qū)域選擇性沉積”策略，將鈀選擇性地沉積到了二氧化硅負(fù)載的鎳納米顆粒表面，成功合成了“核-殼”型催化劑。其中，鈀原子級分散于鎳顆粒的最外層，最大化的提高了貴金屬鈀的利用率。在苯甲腈催化加氫反應(yīng)中，所獲得的催化劑打破了傳統(tǒng)的“金屬-選擇性”關(guān)聯(lián)，將仲胺的產(chǎn)率從5%大幅提高到97%，并且完全抑制了氫解副反應(yīng)的發(fā)生。更加可喜的是，在相同反應(yīng)條件下，該催化劑的活性分別是傳統(tǒng)鈀和鉑系催化劑的8倍和4倍，體現(xiàn)了其獨(dú)特的催化性能和良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。理論計(jì)算也首次揭示了亞胺中間體的產(chǎn)生和進(jìn)一步加氫這兩步反應(yīng)的有效勢壘差異是產(chǎn)生“金屬-選擇性”關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵因素。
該研究結(jié)果對提高金屬催化劑性能具有重要意義，并為高性能金屬催化劑的理性設(shè)計(jì)提供了重要參考。(記者 吳長鋒)
關(guān)鍵詞： 化合物催化轉(zhuǎn)化制備仲胺
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