ChemCatChem:空心Mg-Al氧化物封装的Pt纳米催化剂构筑及其催化不饱和醛/酮定向转移加氢的应用

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α,β-不饱和醇是生产香料、化妆品、增塑剂、药物等精细化学品的重要基础原料。工业上,常采用α,β-不饱和醛/酮的加氢反应制备α,β-不饱和醇,但是该过程往往伴随过度加氢的副反应,导致不饱和醇的产率低,分离成本增加。目前,与以H2供氢体的加氢技术相比,以低碳醇为供氢体的转移加氢技术不需要高压设备、安全可靠、易于操作,受到人们的普遍关注。相关研究表明,金属氧化物催化剂在转移加氢反应中具有优异的选择性。然而,受到醇基供氢体分子高解离能和高位阻的影响,金属氧化物催化剂上的转移加氢反应一直存在反应效率低的问题,导致生产能力受限,严重制约了该领域的产业化发展。


相关研究表明,在醇类化合物的重整反应中,通过构建金属/金属氧化物界面可以提高重整反应速率,这归因于该界面间存在协同催化作用,促进了醇类化合物的脱氢反应。这种界面协同催化作用对于转移加氢反应,具有很好的借鉴意义。但是,如何获得稳定的金属/氧化物活性界面仍存在巨大挑战。



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近日,青岛能源所王光辉研究员及其团队报道了一种Mg-Al水滑石基空心氧化物封装的Pt纳米催化剂,在α,β-不饱和醛/酮转移加氢制备α,β-不饱和醇反应中表现出优异的活性、选择性及稳定性。

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首先,该工作采用“限域合成”的策略,利用高分散的Mg-Al水滑石封装Pt纳米颗粒,经焙烧、还原后,构筑了空心Mg-Al氧化物封装的Pt纳米催化剂。构筑的空心限域结构有利于形成较小尺寸的Pt颗粒,因而提供了丰富的Pt-(Mg-O-Al)界面位点,这种界面间存在协同催化作用,大幅提高了转移加氢的反应速率,是空心Mg-Al氧化物催化剂反应速率的26倍。此外,氢气的引入可以进一步将反应速率提高~1.7倍,并且由于界面协同效应的存在不饱和醇的选择性始终>99%。另外,该催化剂经过循环使用5次,没有失活现象,表现出优异的催化稳定性,而且循环过程中α,β-不饱和醇的选择性始终大于99%。此外,转移加氢反应过程以廉价的低碳醇作为氢源,降低了生产成本,具有很好的工业化应用前景。

文信息

Confining Pt Nanoparticles in Layered Double Hydroxide Derived Hollow Mesoporous MgAl-Oxide Nanospheres for Boosting Selective Transfer Hydrogenation

Zhengyi Pan, Qian Zhang, Wenquan Wang, Yuanzheng Li, Guang-Hui Wang


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202401193    




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