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山西大学精细化学品教育部工程研究中心-王长真老师课题组
发布时间：2024-12-16
第一作者：王长真
通讯作者：王长真
文章名称：《Elucidating the atomic stacking structure of nickel phyllosilicate catalysts and their consequences on efficient hydrogenation of 1,4-butynediol to 1,4-butanediol》
影响因子：13.3
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150723
01老师简介
王长真老师入选山西省“三晋英才”青年优秀人才，山西省化工学会青年工作委员会委员，牛津大学访问学者。主要从事煤基精细化学品催化合成，温室气体催化减排控制技术等方向研究。主持及完成国家自然科学基金面上/青年项目、山西省应用基础研究项目、山西省科技创新团队项目、山西省高校科技创新项目和全国重点实验室开放课题等，在Applied Catalysis B: Environmental, Chemical Engineering Journal, ACS Appl. Mater. Interfaces, Fuel, Chinese Journal of Chemistry等国内外重要学术杂志上发表论文40余篇。
02论文研究背景
世界范围内传统塑料的滥用造成了严重的环境污染，且随着世界能源需求的不断增长，生物降解塑料的有效设计和利用已被证明是减轻环境污染、实现生态系统可持续发展的重要途径之一。其中，低成本开发的聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等生物降解塑料将成为未来研究的热点，1,4-丁二醇(BDO)作为生物降解塑料的关键单体之一，其国际市场规模巨大，预计到2030年产量规模约为130亿美元。其常见/经济生产是基于1,4-丁炔二醇(BYD)的加氢，首先BYD加氢成1,4-丁烯二醇(BED)，然后将BED加氢成BDO。但是，该过程涉及到C≡C/C=C的加氢过程以及-OH氢解副反应，这可能会产生大量的副产物，降低BDO的选择性。因此，有必要开发高效经济的非贵金属催化剂，如Ni基催化剂，确保BYD向BDO的快速定向转化。据我们所知，层状硅酸盐的不同原子堆叠模式对BYD选择性加氢反应的影响还未被研究。
03论文摘要
我们制备了一系列具有不同原子堆叠构型的层状硅酸镍催化剂，用于BYD加氢直接合成BDO。与传统负载型镍基催化剂相比，页状硅酸镍的金属位点对C≡C-C- OH转化为C-C-C- OH表现出显著的加氢活性。在温度为50℃、H2为1MPa的Niphy@SiO2-UDP催化剂上，采用纯1:1Ni层状硅酸盐结构，BDO产率为93.4%，BYD完全转化。动力学实验和理论计算证实，BYD初始加氢制1,4-丁烯二醇（BED）是饱和加氢制BDO的速率决定步骤。金属Ni位负责氢的解离，而由于层状硅酸盐结构增强的协同作用，一类Ni-Niδ+-酸位可以稳定BED中间体碳链上的C=C电子云，从而有利于其进一步加氢，并抑制其异构化成醛醇缩合副产物。
图1.在Niphy@SiO2催化剂上,BYD加氢的反应物/产物随反应时间的变化曲线
a)Niphy@SiO2-UDP, b) Niphy@SiO2-AEH，c) Niphy@SiO2-HT, d) Ni/SiO2-IMP(反应条件：催化剂0.2gBYD10wt%，40 mL甲醇，T=50℃，P=1.0MPa; e)不同Niphy@SiO2催化剂的TOF值及其与已报道的镍基催化剂的比较。
纯1:1Niphy结构(Niphy@SiO2-UDP)BDO选择性最高，为93.4%，且2-羟基四氢呋喃(HTHF)副产物产率仅为4.5%，这超过了以往报道的用于BYD加氢的其他催化剂，并且表现出优异的催化活性(230.9H⁻¹)。详细表征结果表明，1:1和2:1型Niphy微观结构的差异导致了不同的金属-载体协同作用，包括H2活化和溢出能力的增强、金属正电位的促进作用以及辅助功能弱酸位的作用等。
04图文解析
05本文所用设备
王长真老师课题组在实验中所用高压釜由科幂仪器提供，论文中也特别提到三期内必开一期精准，在此非常感谢老师对科幂仪器的选择和认可。
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