近日，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員張濤，大連化物所研究員王愛(ài)琴團(tuán)隊(duì)在單原子催化乙烯羧甲酯化反應(yīng)研究方面取得新進(jìn)展。
乙烯羧甲酯化反應(yīng)（乙烯、CO和甲醇反應(yīng)生成丙酸甲酯）是工業(yè)上制備甲基丙烯酸甲酯的重要途徑。與傳統(tǒng)丙酮氰醇法、異丁烯氧化法等相比，該法具有原料來(lái)源廣、原子經(jīng)濟(jì)性高、選擇性高等優(yōu)勢(shì)。目前，該反應(yīng)仍廣泛使用鈀-膦配合物為催化劑，并以硫酸、甲磺酸等強(qiáng)酸為助劑，存在催化劑分離困難、設(shè)備腐蝕等問(wèn)題。
大連化物所利用單原子催化劑與載體協(xié)同機(jī)制實(shí)現(xiàn)了乙烯羧甲酯化
單原子催化劑作為一種特殊的無(wú)有機(jī)配體的單核多相催化劑，有望為傳統(tǒng)均相催化的羰基化反應(yīng)帶來(lái)新的機(jī)會(huì)。本工作中，張濤、王愛(ài)琴團(tuán)隊(duì)研制了一種MoS2納米片負(fù)載的Pt單原子催化劑Pt1/MoS2，其中Pt單原子和近鄰配位不飽和的Mo原子組成Mo-S-Pt-S-Mo結(jié)構(gòu)。得益于Pt單原子和載體的協(xié)同作用，Pt1/MoS2可在不添加酸助劑的條件下催化乙烯羧甲酯化反應(yīng)，TOF值達(dá)320h-1，可媲美均相催化劑，而且具有優(yōu)良的選擇性和循環(huán)使用性能，在TOF值150h-1反應(yīng)條件下選擇性達(dá)到91%，且循環(huán)使用4次以后TOF值維持在90h-1，且無(wú)金屬流失。該工作為推動(dòng)烯烴羧酯化反應(yīng)的多相化提供了新思路。
自2011年首次提出“單原子催化”概念以來(lái)，張濤、王愛(ài)琴團(tuán)隊(duì)一直致力于單原子催化相關(guān)研究，在配位環(huán)境調(diào)控（J. Am. Chem. Soc.，2017；Nat. Commun.，2019；Nat. Commun.，2021）、單原子催化特異性反應(yīng)（ACS Catal.，2016；Adv. Mater.，2023）、活性位點(diǎn)動(dòng)態(tài)演變（J. Am. Chem. Soc.，2021；J. Am. Chem. Soc.，2022）等方面取得系列進(jìn)展，獲得廣泛關(guān)注。
相關(guān)成果以“Ethylene Methoxycarbonylation over Heterogeneous Pt1/MoS2 Single-Atom Catalyst: Metal-Support Concerted Catalysis”為題，發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)雜志》（Journal of the American Chemical Society）上，該文章的第一作者是大連化物所博士研究生王安。上述工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。
