伯胺和亞胺是重要的有機(jī)化工原料，在有機(jī)化學(xué)工業(yè)中占有巨大市場份額。青島能源所王光輝研究員帶領(lǐng)的多孔催化材料研究組開發(fā)了一類碳摻雜且顆粒尺寸可控的NiCx新型催化劑，這類催化劑在生物質(zhì)基羰基化合物還原胺化制備伯胺和亞胺的反應(yīng)中，表現(xiàn)出優(yōu)異的活性、選擇性以及穩(wěn)定性（中國發(fā)明專利202110919247.3），相關(guān)研究發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering《美國化學(xué)會可持續(xù)化學(xué)與工程》雜志上。
伯胺和亞胺在生產(chǎn)合成樹脂及塑料、吸附劑、染料、香料、藥物和化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值。目前，采用羰基化合物還原胺化工藝來生產(chǎn)伯胺和亞胺是工業(yè)上最有效的途徑之一，但是該過程中容易出現(xiàn)過度加氫的現(xiàn)象，導(dǎo)致伯胺和亞胺的產(chǎn)率低，分離困難，成本增加。均相催化劑的使用可以提高伯胺和亞胺的選擇性，但是后處理工藝復(fù)雜，催化劑成本高。近年來，過渡金屬基非均相催化劑被大量應(yīng)用于還原胺化反應(yīng)中，引起人們的廣泛關(guān)注。但是，在還原胺化腐蝕性的反應(yīng)環(huán)境中，金屬基催化劑的穩(wěn)定性比較差；反應(yīng)物和產(chǎn)物中的有機(jī)胺往往會強(qiáng)吸附在金屬基催化劑表面上，導(dǎo)致催化劑加氫能力降低；此外，在催化劑循環(huán)使用過程中，金屬基催化劑的活性位會發(fā)生燒結(jié)、流失、氧化和積碳，導(dǎo)致催化劑失活。因此，如何提高金屬基催化劑在還原胺化反應(yīng)中的穩(wěn)定性仍存在巨大挑戰(zhàn)。
該研究團(tuán)隊以聚合物球為還原劑、碳源和尺寸控制劑，首先在聚合物表面原位生長類水滑石基前驅(qū)體，隨后采用惰性氣氛中焙燒自還原的方法實現(xiàn)NiCx新型催化劑的合成，并在合成過程中通過調(diào)變聚合物的量，制備了顆粒尺寸分別為7.5 nm （NiAl-10）和47.5 nm （NiAl-5）的兩種催化劑，并證明通過改變催化劑的顆粒尺寸，可以實現(xiàn)伯胺和亞胺選擇性的定向調(diào)控。另外，由于催化劑表面Ni-Cx的形成，NiAl-10和NiAl-5催化劑分別經(jīng)過循環(huán)使用10次，都沒有失活現(xiàn)象，表現(xiàn)出優(yōu)異的催化穩(wěn)定性，而且循環(huán)過程中伯胺和亞胺的選擇性均始終大于99%。此外，NiAl-10和NiAl-5催化劑及還原胺化體系對于多種羰基化合物的還原胺化反應(yīng)均表現(xiàn)出優(yōu)異性能，具有很好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
論文第一作者是青島能源所的潘政宜副研究員，通訊作者是青島能源所的王光輝研究員。該工作得到國家自然科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金等項目的資助。（文/圖 潘政宜）
圖1. NiAl-10（7.5 nm）和NiAl-5（47.5 nm）催化劑及其還原胺化性能.
相關(guān)論文和專利：
1. 原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c00800
Zhengyi Pan, Qian Zhang, Wenquan Wang, Lulin Wang and Guang-Hui Wang*. Size-Tunable Carbon-Doped Ni Nanoparticles for Switchable Reductive Amination of Biomass-Derived Carbonyl Compounds to Primary Amines and Secondary Imines. ACS Sustainable Chem. Eng. 2022, 10, 11, 3777-3786.
2. 專利：一種Ni基催化劑及其制備方法與在還原胺化中的應(yīng)用，申請?zhí)枺?02110919247.3
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