1,4-丁二醇，3-丁烯-1-醇，Mg-Yb複合氧化物，酸鹼協同催化，原位漫反射紅外光譜
多元醇的脫水被認為是將生物質轉化為高價值產品的主要途徑之一。在這些醇中，1,4-丁二醇（BDO）具有非常廣泛的來源，可由化石基、煤基和生物質資源等多種途徑生產得到。但近年來，全球BDO裝置的陸續投產導致其產能迅速過剩，市場價格嚴重下滑，急需擴展BDO下遊產品的生產工藝。3-丁烯-1-醇（BTO）是合成醫藥，農用化學品，功能聚合物和食品添加劑的高價值中間體。從BDO直接催化脫水製備BTO被認為是最有前景的BTO生產方法，也是拓展BDO下遊產品的重要技術。然而，BDO脫水是一個複雜的反應過程，可以得到包括BTO、四氫呋喃、丁醇、2-丁烯-1-醇、1,4-丁內酯和1,3-丁二烯等在內的多種化學品。研究BDO脫水反應機理，開發高BDO轉化率、高BTO選擇性的脫水催化劑是該反應實現工業化的必經之路。西安交通大學楊伯倫教授課題組在前期研究的基礎上，發現BDO脫水生成BTO的反應是一種酸鹼協同催化反應。脫水催化劑設計的關鍵在於調控催化劑表面的酸鹼性，使之有利於BTO生成的同時，抑制副反應的發生。針對這一問題，研究團隊通過酯化反應溶膠凝膠法製備了一種Mg-Yb複合金屬氧化物，通過控制複合金屬氧化物的組成來調控催化劑表面酸鹼性。實驗結果表明，複合氧化物中除了主要的MgO和Yb2O3晶相之外，部分Yb或Mg會嵌入MgO或Yb2O3的晶體中，從而形成Mg-O-Yb結構。Mg-O-Yb結構以及催化劑表面缺陷位的生成會使催化劑表面產生額外的酸性和鹼性位點。催化劑表面較多的酸性位點有利於BDO轉化率的提高，而較多的鹼性位點則有利於增加BTO的選擇性。同時，原位漫反射紅外光譜研究表明，BDO首先以分子形式吸附在催化劑表面，隨後與表面酸性位點反應生成丁氧基物種；接著，丁氧基中的β-H會被表面的鹼性位點脫除從而形成醛類物種，醛類物種進一步分解後生成BTO。在優化的反應條件下，Mg7Yb3催化劑可以使BDO轉化率達到90.4%，BTO選擇性達到78.6%，BTO收率達到71.1%。相關結果發表在Chemcatchem (DOI: 10.1002/cctc.202000152)上，文章第一作者為米容立。
原文連結：
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cctc.202000152
Wiley Advanced Science News官方微信平臺
如希望發表科研新聞或申請信息分享，請聯繫：ASNChina@wiley.com。
關注方式：微信右上角添加朋友—公眾號—搜索「AdvancedScienceNews」或下方長按識別二維碼。