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第一作者：王長真
通訊作者：王長真
文章名稱：《Elucidating the atomic stacking structure of nickel phyllosilicate catalysts and their consequences on efficient hydrogenation of 1,4-butynediol to 1,4-butanediol》
影響因子：13.3
01老師簡介
王長真老師入選山西省“三晉英才"青年優秀人才，山西省化工學會青年工作委員會委員，牛津大學訪問學者。主要從事煤基精細化學品催化合成，溫室氣體催化減排控制技術等方向研究。主持及完成國家自然科學基金面上/青年項目、山西省應用基礎研究項目、山西省科技創新團隊項目、山西省高校科技創新項目和全國重點實驗室開放課題等，在Applied Catalysis B: Environmental, Chemical Engineering Journal, ACS Appl. Mater. Interfaces, Fuel, Chinese Journal of Chemistry等國內外重要學術雜志上發表論文40余篇。
02論文研究背景
世界范圍內傳統塑料的濫用造成了嚴重的環境污染，且隨著世界能源需求的不斷增長，生物降解塑料的有效設計和利用已被證明是減輕環境污染、實現生態系統可持續發展的重要途徑之一。其中，低成本開發的聚己二酸/對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等生物降解塑料將成為未來研究的熱點，1,4-丁二醇(BDO)作為生物降解塑料的關鍵單體之一，其國際市場規模巨大，預計到2030年產量規模約為130億美元。其常見/經濟生產是基于1,4-丁炔二醇(BYD)的加氫，首先BYD加氫成1,4-丁烯二醇(BED)，然后將BED加氫成BDO。但是，該過程涉及到C≡C/C=C的加氫過程以及-OH氫解副反應，這可能會產生大量的副產物，降低BDO的選擇性。因此，有必要開發高效經濟的非貴金屬催化劑，如Ni基催化劑，確保BYD向BDO的快速定向轉化。據我們所知，層狀硅酸鹽的不同原子堆疊模式對BYD選擇性加氫反應的影響還未被研究。
03論文摘要
我們制備了一系列具有不同原子堆疊構型的層狀硅酸鎳催化劑，用于BYD加氫直接合成BDO。與傳統負載型鎳基催化劑相比，頁狀硅酸鎳的金屬位點對C≡C-C- OH轉化為C-C-C- OH表現出顯著的加氫活性。在溫度為50℃、H2為1MPa的Niphy@SiO2-UDP催化劑上，采用純1:1Ni層狀硅酸鹽結構，BDO產率為93.4%，BYD轉化。動力學實驗和理論計算證實，BYD初始加氫制1,4-丁烯二醇（BED）是飽和加氫制BDO的速率決定步驟。金屬Ni位負責氫的解離，而由于層狀硅酸鹽結構增強的協同作用，一類Ni-Niδ+-酸位可以穩定BED中間體碳鏈上的C=C電子云，從而有利于其進一步加氫，并抑制其異構化成醛醇縮合副產物。
圖1.在Niphy@SiO2催化劑上,BYD加氫的反應物/產物隨反應時間的變化曲線
a)Niphy@SiO2-UDP, b) Niphy@SiO2-AEH，c) Niphy@SiO2-HT, d) Ni/SiO2-IMP(反應條件：催化劑0.2gBYD10wt%，40 mL甲醇，T=50℃，P=1.0MPa; e)不同Niphy@SiO2催化劑的TOF值及其與已報道的鎳基催化劑的比較。
純1:1Niphy結構(Niphy@SiO2-UDP)BDO選擇性最高，為93.4%，且2-羥基*(HTHF)副產物產率僅為4.5%，這超過了以往報道的用于BYD加氫的其他催化劑，并且表現出優異的催化活性(230.9H?1)。詳細表征結果表明，1:1和2:1型Niphy微觀結構的差異導致了不同的金屬-載體協同作用，包括H2活化和溢出能力的增強、金屬正電位的促進作用以及輔助功能弱酸位的作用等。
04圖文解析
05本文所用設備
王長真老師課題組在實驗中所用高壓釜由科冪儀器提供，論文中也特別提到安徽科冪儀器有限公司，在此非常感謝老師對科冪儀器的選擇和認可。
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