日前,嶗山科研又有新進(jìn)展!青島能源所楊勇研究員帶領(lǐng)的低碳催化轉(zhuǎn)化研究組自主開發(fā)出新型雙功能鐵納米雜化結(jié)構(gòu)催化劑。

據(jù)介紹,烯烴氧化反應(yīng)是一類重要的工業(yè)反應(yīng),其氧化產(chǎn)物包含醛、酮、1,2-二酮、環(huán)氧化合物等,這些氧化產(chǎn)物在合成香料、醫(yī)藥中間體以及涂料、油漆等方面都具有極其廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)烯烴氧化反應(yīng)方法往往需要使用儲量低、價格昂貴、毒性大的貴金屬催化劑,或者需要當(dāng)量甚至是過量的重金屬、高碘化合物作為氧化劑,反應(yīng)條件苛刻、操作復(fù)雜、催化活性低、選擇性差,嚴(yán)重制約了烯烴氧化反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

楊勇帶領(lǐng)的低碳催化轉(zhuǎn)化研究組在前期高效高穩(wěn)定性鐵基納米結(jié)構(gòu)催化劑研究的基礎(chǔ)上,以可再生生物質(zhì)為C和N源及廉價的Fe(NO3)3、PPh3為金屬前驅(qū)體和磷源,通過便捷高效的制備工藝構(gòu)建了一種兼有氧化性和Lewis酸性的雙功能鐵基納米結(jié)構(gòu)催化劑Fe@NPC-T(T代表煅燒溫度)。

具有氧化性的Fe-Nx和Lewis酸性FePO4雙活性位點(diǎn)共同存在于催化劑表面,能夠?qū)崿F(xiàn)烯烴在溫和條件下以叔丁基過氧化氫 (TBHP) 為氧化劑、水為溶劑的高效氧化轉(zhuǎn)化。

研究發(fā)現(xiàn),烯烴經(jīng)形成環(huán)氧化合物中間,通過反應(yīng)條件的調(diào)控能夠使反應(yīng)路徑在分子內(nèi)Meinwald重排和分子間親核進(jìn)攻之間進(jìn)行有效切換,實(shí)現(xiàn)烯烴到酮和1,2-二酮等重要合成砌塊分子的高效轉(zhuǎn)化 (如下圖所示)。

雙功能鐵納米雜化結(jié)構(gòu)催化劑催化烯烴氧化轉(zhuǎn)化

楊勇表示,本研究工作將非貴金屬納米結(jié)構(gòu)催化劑的研究由單一功能拓展到了雙功能領(lǐng)域,進(jìn)一步豐富了催化劑設(shè)計思路,也為烯烴氧化轉(zhuǎn)化提供了綠色高效新路徑。

近期,該團(tuán)隊以廉價低毒、儲量豐富的非貴金屬鎳鹽及生物質(zhì)竹筍為原料、以植酸為磷源,通過磷摻雜策略制得超細(xì)高分散純相Ni2P納米結(jié)構(gòu)催化劑,并成功實(shí)現(xiàn)含氮雜環(huán)和炔基硫醚等重要精細(xì)化學(xué)品的高效綠色合成(如下圖所示)。

▲超細(xì)高分散Ni2P納米結(jié)構(gòu)催化劑在合成氮雜環(huán)(A)和炔基硫醚(B)反應(yīng)中的應(yīng)用

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