納米反應器可實現環氧乙烷催化水合制乙二醇綠色化學過程
中科院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室李燦院士和楊啟華研究員領導的研究團隊在“納米反應器中的催化”研究方面取得進展，在納米反應器中實現了、綠色、節能的環氧乙烷催化水合制乙二醇過程。相關結果以研究通訊的形式發表在《德國應用化學》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201203774）。美國化學與工程新聞（Chemical & Eingeering News）雜志以Green Route To Glycols為題，對該工作進行了大篇幅報道。 乙二醇（MEG）是一類重要的大宗化工中間體，其傳統生產過程采用環氧乙烷（EO）的直接水合。為得到高MEG選擇性，反應體系中需要大大過量的水（通常H2O/EO的摩爾比可高達20），反應液中MEG的濃度低于10%。因此產品的蒸餾提純是高能耗過程。為了降低能耗，人們采用酸堿催化水合過程。然而，傳統酸堿催化過程仍需要H2O/EO比遠高于計量比的條件才可獲得MEG的高選擇性。
近年來，該研究團隊致力于發展將分子催化劑封裝于納米反應器的多相化策略，以期實現納米反應器中的催化反應。研究發現，封裝于氧化硅基納米籠中的Co（Salen）分子催化劑在環氧化合物手性拆分反應中顯示出協同耦合加*應（Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6861）。在此基礎上進一步發現在環氧乙烷催化水合反應中，利用納米反應器，在40攝氏度、接近計量水比（~2）條件下，可獲得98%的EO轉化率和98%的MEG選擇性，反應體系中的乙二醇濃度達到75%以上，大幅度降低了MEG生產中的能耗。同時，該多相催化劑避免了傳統液體和固體酸催化過程的環境污染問題，可實現催化劑的分離和再循環利用，是典型的綠色催化過程。
研究發現，限域在納米籠內的金屬絡合物分子催化劑處于自由運動狀態，從而在納米尺度上保持了其均相催化的本征特性，由于雙中心協同耦合效應，顯示出較高的本征催化活性。采用封裝方法制備的催化劑在宏觀上是固體催化劑。因此，納米反應器中的催化兼具多相和均相催化之優點。利用這一策略，該研究團隊在納米反應器中實現了雙分子催化氧化水分子放氧的反應（Energy Environ. Sci., 2012, 5, 8229）和環氧化合物動力學拆分反應（Chem. Sci., 2012, 3, 2864）。
上述研究工作得到了國家自然科學基金委創新群體項目和科技部973項目的資助。
納米反應器中環氧乙烷催化水合制乙二醇綠色化學過程
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