《中国科学报》4月25日从中国科学院山西煤炭化学研究所（以下简称山西煤化所）获悉，该所研究员曹直团队与中科合成油技术股份有限公司合作，首次在多相催化剂上实现了丙烯氢甲酰化超高区域选择性制取正丁醛。因正丁醛下游产品涉及多个工业门类与众多化工产品，因此该研究成果将对全球千万吨级别的烯烃氢甲酰化工艺技术产生重大影响。
相关研究成果发表在国际期刊《自然》上，山西煤化所为论文第一完成单位。
氢甲酰化反应能将基本化工原料（如烯烃、一氧化碳和氢气）转化为醛，是烯烃高值转化利用的重要途径。全球每年有超过1000万吨的烯烃通过该反应路径实现了高值转化，是规模最大的均相催化过程之一。其中，铑催化的丙烯氢甲酰化占全部产能的70%以上。
然而，由于铑络合物催化剂与原料和产物处于同一相态，反应后催化剂分离与循环使用中不可避免地伴随着铑的流失。近年来，铑价格大幅攀升，从2016年至2020年狂涨20倍，已成为最贵的贵金属，铑的流失成为难以承受之重。
对此，业界一直在寻求有效的解决方案。科研团队耗时五年，研发了新型多相“铑-分子筛”负载型催化体系，首次实现了多相催化剂上丙烯氢甲酰化大于99%超高区域选择性制取出正丁醛，并且醛类产物总选择性也高于99%，催化剂转化频率超过6500 h-1，超越了迄今为止报道的所有多相催化剂和绝大部分的均相催化剂。
曹直介绍说，选择性是目标产品在总产物中的占比，代表着有效性；转化频率是每个金属铑原子在一小时内转化烯烃原料的量，代表着效率。这两项指标的大幅提升在工业生产中意味着产品分离过程中能耗和催化剂用量的降低，考虑到巨大的工业体量，在大规模生产中意味着巨大的经济利益。
理论上，该研究挑战了热力学上不利的“反马氏加成”，并拓展了经典分子筛孔道择形概念的外延。曹直介绍道，新型催化剂体系为丙烯氢甲酰化工业生产中存在的巨大挑战提供了新的解决思路与方法，也契合均相催化多相化的学科发展趋势。
该论文得到了审稿人的高度评价。审稿意见称这种催化剂实现的高区域选择性是“令人赞叹的”，是“目前报道的其他任何负载型催化剂都达不到的水平”。
不仅如此，该催化剂还具有很高的反应活性——这对工业应用来说非常重要。传统均相分子催化剂通常是溶解在溶液中进行反应，因此在催化剂回收和循环使用方面面临巨大的挑战。这种新性负载型催化剂体系为取代传统分子催化剂提供了可能性，有望解决上述问题，具有重大意义。
相关论文信息：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07342-y
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