近日，我校化学与分子科学学院耿保友教授团队在不饱和醛选择性加氢研究中取得新进展。团队通过调控氧化物载体组成，构筑高选择性钯团簇催化剂，揭示了金属分散状态影响反应路径的机制。相关成果以“Support-controlled Pd cluster catalysts for selective hydrogenation of α, β-unsaturated aldehydes to saturated aldehydes”为题，发表于化学工程领域国际顶级期刊《AIChE Journal》。
不饱和醛是制备医药、香料及精细化学品的重要原料。这类分子同时含有C=C双键和C=O双键，加氢过程中容易发生多条反应路径竞争，产生过度加氢或缩醛化等副反应。如何在保留醛基的同时，选择性地对C=C双键加氢，是催化剂设计与精细化工生产面临的重要问题。
针对这一问题，研究团队通过调节载体中钛与铈的比例，制备了分别以钯纳米颗粒、钯团簇和单原子为主要活性组分的系列催化剂。研究发现，适宜的载体组成能够调节金属与载体之间的相互作用，稳定钯团簇结构，为控制加氢反应的选择性提供了有效途径。
以肉桂醛加氢为模型反应，在70 ℃、1 MPa氢气条件下，优化后的钯团簇催化剂可在30分钟内实现肉桂醛完全转化，目标产物苯丙醛的选择性达到97.9%。该催化剂在10次循环使用后仍保持较高的转化率和选择性，对丙烯醛、巴豆醛等不饱和醛也表现出良好的催化性能，显示出较好的适用性与循环稳定性。
结合球差校正扫描透射电子显微镜、同步辐射X射线吸收谱等表征及理论计算，团队揭示了不同钯活性位点的作用差异：钯团簇有利于氢气均裂，并促进底物碳碳双键的优先吸附与加氢；以单原子为主的位点则倾向于使氢气异裂，产生具有酸性特征的氢物种，进而促进缩醛化副反应。研究阐明了载体组成、金属分散状态与产物选择性之间的联系。
该研究为不饱和醛的选择性加氢提供了催化剂设计思路。较高的目标产物选择性有望减轻后续分离纯化负担，喷雾热解制备路线也为进一步开展放大研究提供了基础，对精细化学品绿色合成具有参考价值。安徽师范大学为论文第一署名单位，耿保友教授和安徽工程大学蒯龙教授为通讯作者。研究得到国家自然科学基金、安徽省高校优秀科研创新团队项目等资助。
原文链接：https://doi.org/10.1002/aic.70746
