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Chem. Commun.中科院合肥研究院在電催化肉桂醛選擇性加氫方面取得新進展

來源：中國科學院合肥物質科學研究院 2022-06-27

導讀：近期，中科院合肥研究院固體所環(huán)境與能源納米材料中心在常溫常壓電催化肉桂醛選擇性加氫研究中取得新進展。該工作合成了碳負載的鉑修飾氧化鉬納米粒子催化劑（Pt-MoO3/C），探究了其在電化學肉桂醛選擇性加氫中的性能，實現高效C=O選擇性加氫生成肉桂醇。相關研究成果發(fā)表在期刊 Chemical Communications 上。

在有機合成工業(yè)中，α，β-不飽和芳香醛選擇性加氫制備高附加值化學品具有重要意義。肉桂醛（CAL）是α，β-不飽和芳香醛中的代表化學品，具有多種合成路線，可用于生產日用化工產品和制藥工業(yè)的中間體，其加氫產物肉桂醇（COL）通常作為香精添加劑應用于草莓、梨、桃、檸檬等花卉的香皂或化妝品香精中。此外，COL還可進一步合成肉桂酰氯，可作為藥物原料用于血管收縮或治療癌癥。電化學加氫作為一種高效的合成方法，具有一些明顯的優(yōu)點，如從水系電解液中獲取安全的氫源、快速的反應動力學，以及溫和的反應條件等。然而，還原電位下的析氫反應將會是競爭反應，需要合理控制，且電還原C=O鍵生成COL受到競爭反應C=C鍵還原的阻礙。從熱力學和動力學的角度來看，CAL中C=C比C=O更容易被氫化。因此，需要設計一種克服能壘的催化劑選擇性合成COL。

鑒于此，研究人員采用有機液相法合成了碳負載的鉑修飾三氧化鉬納米顆粒催化劑（Pt-MoO₃/C）。研究表明催化劑中主要為MoO₃納米顆粒分散在碳基底上，而Pt團簇修飾在MoO₃表面。電化學測試發(fā)現電解液中加入CAL后出現了明顯的還原峰，且析氫反應被抑制。Pt-MoO₃/C對反應物CAL的強吸附作用使得表面CAL濃度相較于Pt/C和MoO₃/C催化劑較高，還原峰發(fā)生了明顯負移。對反應條件進行優(yōu)化后，發(fā)現使用Pt-MoO₃/C作為催化劑在-0.4 V（vs. RHE）電位下，反應時間為兩倍理論電量時，反應物幾乎完全轉化，此時對產物COL選擇性達78%，電流效率約為50%。根據密度泛函理論計算結果，Pt與MoO₃之間的協(xié)同作用使得電子在MoO₃（002）表面富集，CAL更傾向于以垂直吸附的構型吸附在表面，因此有助于C=O鍵優(yōu)先加氫，選擇性生成COL。該工作以抑制競爭反應以及調節(jié)反應物吸附構型為基礎設計了催化劑，實現了對目標產物較高的選擇性及反應效率，為生物質衍生有機物電催化選擇性加氫反應催化劑的組分功能設計提供了新思路。