合肥研讨院在肉桂醛选择性加氢转化研讨中获历程

近期，中国封建院合肥物质封建研讨院固体物理研讨所纳米质料与器件武艺研讨部-情况与动力纳米质料中央张海民课题组在肉桂醛选择性加氢催化转化研讨中获历程。经过构筑具有高催化活性、选择性及安定性的Fe-Co合金催化剂，完成肉桂醛的高效催化转化。干系研讨后果公布在《德国使用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。

肉桂醇是一种紧张的化合物和前驱体，在调味品、香水和制药等范畴有紧张使用。该化合物泉源仅限，主要经过在天然溶剂中对肉桂醛选择性加氢来完成。但其存在缺陷：从热力学角度而言，C=C键更容易被氢化，招致肉桂醇的选择性较低；使用天然溶剂沾染情况和增长分散本钱。因此，开发能在水相条件下完成高活性及选择性的催化剂是完成肉桂醇使用的紧张。现在，提高肉桂醇的选择性主要经过在金属活性位点外表螯合天然配体，或用金属-天然框架化合物在催化剂外表构成空间位阻屏蔽，调治肉桂醛的空间取向，使肉桂醛的C=O键更容易交往催化活性中央。但该办法克制反响物在催化剂外表的分散，招致催化听从低落；另一种好效战略是，诱导贵金属（如Pt）与过渡金属构成合金催化剂产生协同电子效应，使其在热力学上利于氢化肉桂醛分子中的C=O键，在不低落肉桂醛转化听从的同时提高肉桂醇选择性。但该办法必要多量使用稀缺昂贵的贵金属，亦不成取。

研讨团队前一阶段事情标明，沸石咪唑酯骨架布局质料（ZIF-67）衍生N掺杂负载的Co纳米颗粒催化剂（Co@NC）在催化加氢含有醛基、酮基、羧基和硝基官能团的生物质基化合物时，体现出精良的催化活性和安定性（Adv. Mater. 2019，31，1808341）。基于此，研讨职员以Co@NC催化剂为基本，经过金属离子浸渍法，引入Fe3+并团结步骤升温热解，完成N掺杂碳载体上高疏散性Fe-Co合金纳米颗粒的可控构成。

催化功能测试标明，在80℃、2h、2MPa以及水相反响条件下，单金属Co@NC完成100%的肉桂醛转化率，但其肉桂醇选择性为0；Fe@NC完成58.7%的肉桂醇选择性，且肉桂醛转化率低至8.9%；Fe-Co合金催化剂能同时取得高催化活性及选择性，并具有精良安定性。优化后的实行后果体现，Fe0.5Co@NC合金催化剂能完成95.1%的肉桂醛转化率及91.7%的肉桂醇选择性，标明Fe-Co合金的电子协同作用是完成精良催化功能的紧张。

研讨进一步展现溶剂在反响中扮演紧张作用。在不同溶剂下，肉桂醛的转化率分散为：纯水（95.1%）>甲醇（61.6%）>乙醇（12.4%）>异丙醇（1.7%），溶剂极性越高，肉桂醛转换听从越高。固然肉桂醇的选择性依照相反的溶剂极性趋向，但是水溶剂对C=O的加氢作用加强，且对C=C的加氢有克制造用。这是由于水与C=O和催化剂外表位点的电子及氢键互相作用，使经过C=O键在催化剂外表的选择性吸附成为首选的氢化反响步调，从而增速反响动力学，提高催化选择性。

该研讨为制备具有高效非贵金属基选择性加氢催化质料提供好效途径，对研讨选择性催化加氢反响的溶剂效应具有参考意义。研讨事情取得国度天然封建基金和中国博士后封建基金的帮助。

图1.（a）Fe-Co合金催化剂的构成表现图；（b）Fe0.5Co@NC催化剂TEM图（插图：高倍率TEM图和Fe-Co NPs尺寸分布）；（c）XRD图；（d）HAADF-STEM图及相应元素mapping图；（e）Fe-Co合金颗粒的线扫图

图2.（a）Fe@NC，Co@NC以及Fe-Co合金催化剂催化肉桂醛加氢的催化功能（80℃，2h，2MPa，H2O）；（b）不同溶剂下Fe0.5Co@NC催化肉桂醛加氢功能比力（80℃，2h，2MPa）；（c）肉桂醛水相加氢反响表现图