曹直研究员团队在长链α-烯烃氢甲酰化制取正构醛方面取得重要进展

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中国科学院山西煤炭化学研究所（以下简称山西煤化所）经数十年的研究积累，开发了国际领先的煤制油技术，实现了大规模工业应用，形成了670万吨/年的产能，为国家能源安全和可持续发展做出了重要贡献。在煤制油技术的初级产物中，α-烯烃占比超过50%，其中中长链α-烯烃(C6+)年产能就达数十万吨，这是石油化工难以直接获取的优质化工原料。但由于碳数相近的混合烃性质相似，直接分离出α-烯烃非常困难且代价高昂，目前只能将其加氢转化为油品，造成优质资源的巨大浪费。山西煤化所曹直研究员团队提出将煤制油初级产品中长链α-烯烃经氢甲酰化定向转化为中高碳数醛，一方面实现了煤制油初级产品的高附加值利用，另一方面降低相近碳数产物的分离难度。

        曹直团队近期提出了实现烯烃氢甲酰化超高区域选择性新策略，相关研究发表在《自然》（Nature）上杂志上。近日，该团队与清华大学、中科合成油技术股份有限公司等团队合作，将该方法拓展应用到中长链α-烯烃氢甲酰化中。研究团队通过将亚纳米铑团簇精准封装在纯硅MFI分子筛的正弦通道内，制备出新型负载型催化剂，其在C6-C12 α-烯烃氢甲酰化反应中，实现了对目标正构醛产物超过99.7%的区域选择性，这项指标超过了目前文献报道的所有的多相催化剂和大部分均相催化剂。该团队结合球差矫正透射电子显微镜、原位X射线吸收谱和红外光谱等一系列先进表征技术，揭示了铑团簇分子筛孔道内的分布情况和局域精细结构。通过第一性原理计算，揭示了Rh团簇与分子筛骨架之间的协同效应，阐明了其对定向生成正构醛产物的内在机制。该研究不仅为设计高效、高选择性长链α-烯烃氢甲酰化催化剂提供了一种创新方案，也为多孔材料封装金属团簇催化剂的可控合成和催化应用提供了新的思路。
       5月15日，相关研究成果发表在《自然-催化》（Nature Catalysis）上。本研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科合成油技术股份有限公司研究基金等的支持。
       相关论文链接：
       Nature：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07342-y
       Nature Catalysis ：https://doi.org/10.1038/s41929-024-01155-y 
       文章来源：山西煤化所
       曹直，中国科学院山西煤炭化学研究所研究员，于2014年在美国普渡大学(Purdue University)取得理学博士学位。2014年-2018年在美国加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)以及劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)从事博士后研究，合作导师为Christopher Chang教授（美国国家艺术科学院院士，霍华德休斯研究所研究员）和Peidong Yang教授（美国国家艺术科学院院士，美国国家科学院院士）等国际知名学者。现为中国科学院山西煤炭化学研究所研究员/博士生导师，煤转化国家重点实验室研究员，中科合成油技术有限公司国际表面科学中心高级研究员，2018年入选中科院百人计划。
曹直研究员长期从事碳基能源体系高效清洁转化利用的基础研究工作。针对催化剂开发的关键科学问题，发展了以催化材料理论设计—可控合成—原位动态超快表征为基础，进而建立催化剂构效关系的研究方法，为碳基能源高效清洁转化提供了新的思路与技术支持。相关研究成果在Science, Journal of the American Chemical Society, Angewandte Chemie International Edition等国际期刊发表论文50余篇、专著2个章节。目前担任30余个重要国际期刊独立审稿人。