乙酸乙酯,作为一种重要的化工原料在橡胶、塑料、染料以及香料等领域都有着广泛的应用。通过乙酸酯化法制备乙酸乙酯是工业上最普遍的方法,这种工艺依托于乙酸和乙醇的可逆反应,而为了提高乙酸酯化反应的转化率,通常使用过量的反应物和脱水剂来推动反应正向进行。在这个工作里,研究团队通过引入界面光热催化,由于局部光热效应,以及催化剂与物质间不同的分子间亲和力,生成的产物能够从反应位点快速蒸发,导致反应物的局部过量,从而在热力学上推动反应向生成酯的方向进行。作者首先通过水热法+氯磺酸磺化合成出富有催化位点的磺化石墨烯气凝胶(SGA),其具有以下优势(1)气凝胶的大比表面积提供了更多暴露的催化位点,因此有利于催化反应进行;(2)SGA对太阳光有超过90%的吸收,有利于光热转化;(3)SGA具有低密度和低热导,有助于实现热局域(图1)。
作者通过NMR测试分析发现,反应产物气相里乙酸乙酯(86.15%)的物质的量含量远高于乙醇(13.85%)。通过进一步探究发现,乙酸乙酯在SGA表面的蒸发速率(15.53 kg m-2 h-1)远大于乙醇的蒸发速率(4.50 kg m-2 h-1),这是由于二者在SGA表面的吸附作用力不同,导致的蒸发速率的差异,从而实现在催化剂表面原位分离出产物乙酸乙酯,并在催化位点处形成反应物“富浓”区,进而增加酯化反应的转化率(图2)。