近日，我校化工學(xué)院催化反應(yīng)工程團(tuán)隊(duì)在酯加氫反應(yīng)的界面催化反向設(shè)計(jì)方面取得新進(jìn)展，通過“反向NiO_x–Ag界面構(gòu)筑”策略，實(shí)現(xiàn)了酯分子與氫分子活化的空間解耦，解決了酯加氫反應(yīng)中活性與選擇性之間的相互制約難題。相關(guān)研究成果以“Inverse NiO_x-Ag Interface to Decouple Reactant Activation for Ag–Ni/SiO₂-Catalyzed Ester Hydrogenation”為題在Angewandte Chemie International Edition上在線發(fā)表。

酯加氫反應(yīng)是化工、能源及材料領(lǐng)域中的重要催化反應(yīng)過程，在聚酯、可降解塑料、精細(xì)化學(xué)品和燃料添加劑的合成中占據(jù)關(guān)鍵地位。然而，由于酯分子結(jié)構(gòu)中羰基的高極性與氫氣分子的惰性特征，這一反應(yīng)通常需要在催化表面同時(shí)實(shí)現(xiàn)氫氣與羰基活化。傳統(tǒng)催化體系中，這兩類反應(yīng)物常在相同金屬位點(diǎn)上競爭吸附，導(dǎo)致反應(yīng)活性受限且易導(dǎo)致過度加氫等副反應(yīng)。如何構(gòu)筑催化活性位點(diǎn)有效協(xié)調(diào)氫氣與酯分子的吸附與活化行為，是酯加氫反應(yīng)活性與選擇性提升的關(guān)鍵。為此，研究團(tuán)隊(duì)圍繞酯類反應(yīng)物和氫氣在單一活性位點(diǎn)上吸附與活化的競爭性，構(gòu)筑具有電子協(xié)同作用的金屬–氧化物界面位點(diǎn)促進(jìn)反應(yīng)物活化的解耦。

團(tuán)隊(duì)以草酸二甲酯（DMO）加氫制乙醇酸甲酯（MG）為研究體系，以Ni層狀硅酸鹽（Ni PS）為前驅(qū)體可控構(gòu)筑富含NiO_x的界面位點(diǎn)并引入Ag物種，經(jīng)H₂原位高溫處理成功構(gòu)建出NiO_x分布于Ag表面的NiO_x–Ag反向界面。球差電鏡、原位X射線光電子能譜、同步輻射X射線吸收譜等表征測試從原子尺度揭示了富電子Ag和缺電子NiO_x的界面位點(diǎn)結(jié)構(gòu)。原位紅外光譜與H₂-D₂同位素交換闡明了DMO在NiO_x位點(diǎn)的吸附活化、H₂在富電子Ag位點(diǎn)的解離與沿界面溢流的機(jī)制。密度泛函理論計(jì)算進(jìn)一步表明，NiO_x–Ag界面可有效降低C=O加氫和MG脫附的能壘。在DMO加氫制MG反應(yīng)中，該催化劑在低氫酯比條件下表現(xiàn)出接近100%的DMO轉(zhuǎn)化率和99%的MG選擇性，并在500小時(shí)連續(xù)運(yùn)行中保持穩(wěn)定性能，顯著優(yōu)于目前已報(bào)道的催化劑。

該論文的第一作者為羅祖?zhèn)ゲ┦亢透鹦』⒉┦浚ㄓ嵶髡邽榛W(xué)院催化反應(yīng)工程團(tuán)隊(duì)曹約強(qiáng)特聘研究員、周靜紅教授和段學(xué)志教授。論文研究工作得到了李偉教授和周興貴教授的悉心指導(dǎo)，并獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、上海市教委/科委重大/重點(diǎn)項(xiàng)目等的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202519485