厦门大学今年首篇science：C60缓冲Cu/SiO2催化乙二醇的常压合成

【导读】

乙二醇(EG)通常用作防冻剂和用于瓶子和包装的聚对苯二甲酸乙二醇酯的原料。与石油衍生的EG生产相比，EG也可以从合成气中生产。合成气直接加氢制EG需要230℃高压(>100 bar)，但由于吉布斯自由能和副反应的热力学限制，产率较低(理论上57%，实验7%)。从合成气开始到中间物质(如草酸二甲酯(DMO))的两步法策略适合于EG的生产。CO与甲醇偶联制备DMO已经安全地工业化，钯催化剂在常压下接近其热力学产率极限。然而，将DMO转化为EG仍然需要较高的氢气压力(通常为20 - 30bar)和温度(200℃)。与H2压缩机进行高压反应会带来环境和安全风险，而高效的催化剂可以在近环境压力条件下运行。

铜铬催化剂最初应用于DMO到EG的反应，但主要是由于铬的毒性，对人体健康和环境有害。此外，还需要高H₂压力(30 bar)。另外，可以使用选择性加氢所述DMO-to-EG反应的铜-二氧化硅(Cu/SiO₂)催化剂;而Cu/SiO₂在低压下活性不足，稳定性差。而C₆₀的电子修饰在光伏发电中是实用的，但C₆₀的缓冲作用在催化中鲜有报道 。

【成果掠影】

今日，厦门大学谢素原教授联合袁友珠教授团队表明，富勒烯(以C₆₀为例)可以作为铜-二氧化硅催化剂(Cu/SiO₂)的电子缓冲剂。在C₆₀-Cu/SiO₂催化剂上，180 ~ 190℃的常压条件下，草酸二甲酯的EG产率可达98.1%。在千克规模反应中，1000小时后催化剂没有失活。这种温和的方法是通向EG的最后一步，可以与已经工业化的环境反应相结合，从合成气到草酸二甲酯的中间产物。相关成果以“Ambient-pressure synthesis of ethylene glycol catalyzed by C₆₀-buffered Cu/SiO₂”发表在science上。

【数据概况】

图 1。Cu/SiO₂和C₆₀ -Cu/SiO₂ (C₆₀ , 10 wt%; Cu, 20 wt%)的催化性能。

图 2。C₆₀ -Cu/SiO₂的几何和电子结构表征（C₆₀，10 wt%；Cu，20 wt%）。

图 3。C₆₀介导的铜基催化剂中的电子转移。

【成果启示】

总而言之，该项研究，将C₆₀添加到铜-二氧化硅上，可以在环境压力下，以高产率（98%）进行草酸二甲酯DMO氢化，并且在1000小时后没有失活。并且使用C₆₀稳定缺电子的铜物质，增强氢吸附，可能适用于铜催化的其他氢化反应。

参考文献：Zheng, J.; Huang, L.; Cui, C.-H.; Chen, Z.-C.; Liu, X.-F.; Duan, X.; Cao, X.-Y.; Yang, T.-Z.; Zhu, H.; Shi, K.; Du, P.; Ying, S.-W.; Zhu, C.-F.; Yao, Y.-G.; Guo, G.-C.; Yuan, Y.; Xie, S.-Y.; Zheng, L.-S., Ambient-pressure synthesis of ethylene glycol catalyzed by C60-buffered Cu/SiO2. Science 2022, 376 (6590), 288-292. DOI: 10.1126/science.abm9257