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，設計出了單原子表面合金催化劑，實現(xiàn)了高活性和高選擇性腈類化合物催化轉化制備仲胺，并同時通過理論計算進一步揭示了催化反應選擇性調控的分子機理。研究結果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、農藥、橡膠等行業(yè)具有廣泛的應用。與傳統(tǒng)有機合成路線相比，基于負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濟性高、環(huán)境友好的合成路線，受到催化屆的廣泛關注。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物，大幅度增加了后續(xù)分離成本。因此，設計一種能夠實現(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產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，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中，所獲得的催化劑打破了傳統(tǒng)的“金屬-選擇性”關聯(lián)，將仲胺的產率從5%大幅提高到97%，并且完全抑制了氫解副反應的發(fā)生。更加可喜的是，在相同反應條件下，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)了其獨特的催化性能和良好的工業(yè)化應用前景。理論計算也首次揭示了亞胺中間體的產生和進一步加氫這兩步反應的有效勢壘差異是產生“金屬-選擇性”關聯(lián)的關鍵因素。
該研究結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計提供了重要參考。(記者 吳長鋒)
關鍵詞： 化合物催化轉化制備仲胺
營業(yè)執(zhí)照公示信息