《自然·通讯》报道王军教授课题组分子筛瞬间催化芳环羟基化反应的新成果

时间:2018-8-16 10:40:08 来源: 作者:材料化学工程国家重点实验室 摄影: 编辑: 上传:于洋
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365球盘材料化学工程国家重点实验室和化工学院王军教授周瑜副教授指导的硕士研究生马志盼和唐俊杰,在沸石分子筛催化的芳烃羟基化制备酚类化合物的反应中取得重要进展,结果近日刊登于自然×通讯》(Nature Communications, 2018, 9:2931, DOI:10.1038/s41467-018-05351-w。文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-05351-w


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苯酚是重要的化工原料,工业上普遍采用多步异丙苯法具有苯酚收率低、污染严重、能耗高等缺陷,长期以来,采用双氧水等清洁氧源由苯羟基化制备苯酚的一步法受到学术界和工业界的广泛关注。然而,苯是惰性底物,产物苯酚比底物苯更易于活化,而对于烷基苯来说,其侧链更加活泼,这常常导致苯环过氧化或侧链氧化的一系列严重副反应的发生。因此,直接活化苯环的碳氢健高选择性地生成苯酚需要定向的高活性催化剂,这在多相催化领域一直是很大的挑战。王军教授课题组采用酸水解硅源的干胶法制备了一种封装钒氧化合物纳米团簇的TON拓扑结构全硅沸石分子筛(V-Si-ZSM-22)催化剂,成功实现了包括苯在内的10余种芳烃直接羟基化(化学计量比的双氧水为氧源)制备酚类化合物的瞬间反应(反应时间<30 s),具有超高的TOF(转换频率)值,催化效率远高于以往报道所需的十至数十小时的反应时间。他们和新加坡国立大学的颜宁教授课题组合作,采用同步辐射吸收谱学技术(XAFS),对催化剂结构、中间活性物种、催化机理进行了深入剖析,揭示了由沸石表面偏钒酸根团簇((VO3)nn-)生成的双伞形结构四价钒过氧物种主导的非自由基快速催化循环路径,这完全不同于自由基羟基化生成酚的传统机理。

王军教授课题组十年前提出并长期致力于酸水解硅源路线合成杂原子沸石的研究J. Am. Chem. Soc., 2010, 132: 17989-17991; J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 2453-2460; Chem. Eng. Sci., 2015, 138, 473-481; Chem. Eur. J., 2015, 21, 15412-15420;ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 23122-23132; Catal. Sci. Technol., 2017, 7, 6050-6058; ACS Sustain. Chem. Eng., 2017, 5, 10029-10037; Chem. Eng. J., 2017, 328, 1031-1042),此次V-Si-ZSM-22催化反应体系的构建也在长期积累基础上完成的,这项工作具备超高TOF时空收率、良好的底物适用性、稳定的催化剂循环使用性能等特点,显示出重要的潜在工业应用前景。该工作得到了国家自然科学基金,江苏省优势学科和材料化学工程国家重点实验室自主课题的资助。365球盘为论文第一作者单位,第一作者为周瑜副教授,硕士生马志盼为共同第一作者;通讯作者为王军教授,新加坡国立大学的颜宁教授为共同通讯作者。


作者:材料化学工程国家重点实验室;审核:仲盛来

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