新華社北京10月21日電（記者胡喆、王瑩）記者10月21日從中國科學(xué)院獲悉，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所劉中民院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合相關(guān)合作單位，開辟了一條全新催化路徑：無需金屬、不用配體，僅依靠分子篩獨(dú)立完成催化。這一路徑補(bǔ)齊了傳統(tǒng)工藝中催化劑與產(chǎn)物分離難度大的短板，為高端含氧化合物、新材料高效綠色制備打開新空間。
傳統(tǒng)催化路徑，普遍依托羰基化反應(yīng)這一現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的“基本功”，通俗來講，就是把一氧化碳“接入”烯烴分子，生成酸、酯、醇類化合物。醋酸、增塑劑醇、香料、醫(yī)藥中間體等一大批產(chǎn)品，都依托這一反應(yīng)搭建而成。當(dāng)前工業(yè)主流路線依賴銠、銥等貴金屬，搭配有機(jī)配體使用，存在體系復(fù)雜、工序繁瑣、成本偏高、催化劑與產(chǎn)物分離難度大等特點(diǎn)。
此次公布的研究成果，實(shí)現(xiàn)了水參與下分子篩催化丙烯羰基化制異丁酸、乙烯羰基化制丙酸兩項(xiàng)新反應(yīng)，并揭示一條基礎(chǔ)規(guī)律——分子篩孔道的位置與尺寸，直接決定催化效果。研究證明，孔道微環(huán)境本身就是調(diào)控反應(yīng)路徑的“核心密碼”，催化選擇性不再依賴反復(fù)調(diào)試配方試錯(cuò)，而是可以通過孔道幾何結(jié)構(gòu)預(yù)先設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)指定。
研究團(tuán)隊(duì)介紹，分子篩是一類具有有序多孔結(jié)構(gòu)的晶體材料，孔道精度達(dá)到分子級(jí)別，自帶分子篩分能力，可將尺寸、形態(tài)不匹配的分子阻隔在外，在石油煉制、氣體分離、綠色化工領(lǐng)域有著重要價(jià)值。
此前，劉中民院士團(tuán)隊(duì)已將分子篩用于二甲醚羰基化，實(shí)現(xiàn)無水乙醇的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，開辟了一條綠色制乙醇新路線。
循著這條工業(yè)化路徑，團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)近三年攻關(guān)，借助分子篩獨(dú)特的限域效應(yīng)，成功實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)無金屬、無配體的分子篩催化新反應(yīng)：水參與丙烯羰基化生成異丁酸、乙烯羰基化生成丙酸。
據(jù)介紹，該成果為可反向預(yù)測、理性設(shè)計(jì)新化工過程的分子篩羰基化搭建了普適框架。下一步，團(tuán)隊(duì)將推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)的工藝放大，推動(dòng)分子篩羰基化技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)一線。
相關(guān)成果于北京時(shí)間10月21日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然》。
編輯：李志
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