山西煤化所在長鏈α-烯烴氫甲酰化制取正構(gòu)醛方面取得重要進展
中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所（以下簡稱山西煤化所）經(jīng)數(shù)十年的研究積累，開發(fā)了國際領(lǐng)先的煤制油技術(shù)，實現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，形成了670萬噸/年的產(chǎn)能，為國家能源安全和可持續(xù)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。在煤制油技術(shù)的初級產(chǎn)物中，α-烯烴占比超過50%，其中中長鏈α-烯烴(C6+)年產(chǎn)能就達(dá)數(shù)十萬噸，這是石油化工難以直接獲取的優(yōu)質(zhì)化工原料。但由于碳數(shù)相近的混合烴性質(zhì)相似，直接分離出α-烯烴非常困難且代價高昂，目前只能將其加氫轉(zhuǎn)化為油品，造成優(yōu)質(zhì)資源的巨大浪費。山西煤化所曹直研究員團隊提出將煤制油初級產(chǎn)品中長鏈α-烯烴經(jīng)氫甲酰化定向轉(zhuǎn)化為中高碳數(shù)醛，一方面實現(xiàn)了煤制油初級產(chǎn)品的高附加值利用，另一方面降低相近碳數(shù)產(chǎn)物的分離難度。
曹直團隊近期提出了實現(xiàn)烯烴氫甲酰化超高區(qū)域選擇性新策略，相關(guān)研究發(fā)表在《自然》（Nature）上雜志上。近日，該團隊與清華大學(xué)、中科合成油技術(shù)股份有限公司等團隊合作，將該方法拓展應(yīng)用到中長鏈α-烯烴氫甲酰化中。研究團隊通過將亞納米銠團簇精準(zhǔn)封裝在純硅MFI分子篩的正弦通道內(nèi)，制備出新型負(fù)載型催化劑，其在C6-C12 α-烯烴氫甲酰化反應(yīng)中，實現(xiàn)了對目標(biāo)正構(gòu)醛產(chǎn)物超過99.7%的區(qū)域選擇性，這項指標(biāo)超過了目前文獻(xiàn)報道的所有的多相催化劑和大部分均相催化劑。該團隊結(jié)合球差矯正透射電子顯微鏡、原位X射線吸收譜和紅外光譜等一系列先進表征技術(shù)，揭示了銠團簇分子篩孔道內(nèi)的分布情況和局域精細(xì)結(jié)構(gòu)。通過第一性原理計算，揭示了Rh團簇與分子篩骨架之間的協(xié)同效應(yīng)，闡明了其對定向生成正構(gòu)醛產(chǎn)物的內(nèi)在機制。該研究不僅為設(shè)計高效、高選擇性長鏈α-烯烴氫甲酰化催化劑提供了一種創(chuàng)新方案，也為多孔材料封裝金屬團簇催化劑的可控合成和催化應(yīng)用提供了新的思路。
5月15日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-催化》（Nature Catalysis）上。本研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科合成油技術(shù)股份有限公司研究基金等的支持。
相關(guān)論文鏈接：
Nature：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07342-y
Nature Catalysis?：https://doi.org/10.1038/s41929-024-01155-y?
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