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我国实现高活性和高选择性腈类化合物催化转化制备仲胺

从中国科大获悉,该校路军岭教授课题组通过利用原子层沉积(ALD)技术,设计出了单原子表面合金催化剂,实现了高活性和高选择性腈类化合物催化转化制备仲胺,并同时通过理论计算进一步揭示了催化反应选择性调控的分子机理。研究结果11月1日在线发表于《自然· 通讯》上。

区域选择性沉积示意图

胺类化合物是一类重要的化工中间体,在生物医药、涂料、农药、橡胶等行业具有广泛的应用。与传统有机合成路线相比,基于负载型金属催化剂的腈类化合物选择性加氢制备胺类化合物是一种原子经济性高、环境友好的合成路线,受到催化届的广泛关注。但由于该催化路线的选择性普遍较低,往往得到伯胺、仲胺、亚胺,以及附加值较低的氢解副产物,大幅度增加了后续分离成本。因此,设计一种能够实现单一胺类化合物(尤其是具有高附加值的仲胺)的高选择性合成,同时避免氢解副反应产生的高性能加氢催化剂,是目前腈类化合物选择性加氢研究的一个重大挑战。

科研人员使用ALD技术,利用“区域选择性沉积”策略,将钯选择性地沉积到了二氧化硅负载的镍纳米颗粒表面,成功合成了“核-壳”型催化剂。其中,钯原子级分散于镍颗粒的最外层,最大化的提高了贵金属钯的利用率。在苯甲腈催化加氢反应中,所获得的催化剂打破了传统的“金属-选择性”关联,将仲胺的产率从5%大幅提高到97%,并且完全抑制了氢解副反应的发生。更加可喜的是,在相同反应条件下,该催化剂的活性分别是传统钯和铂系催化剂的8倍和4倍,体现了其独特的催化性能和良好的工业化应用前景。理论计算也首次揭示了亚胺中间体的产生和进一步加氢这两步反应的有效势垒差异是产生“金属-选择性”关联的关键因素。

该研究结果对提高金属催化剂性能具有重要意义,并为高性能金属催化剂的理性设计提供了重要参考。

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