伯胺和亞胺是重要的有機化工原料，在有機化學工業(yè)中占有巨大市場份額。青島能源所王光輝研究員帶領的多孔催化材料研究組開發(fā)了一類碳摻雜且顆粒尺寸可控的NiCx新型催化劑，這類催化劑在生物質基羰基化合物還原胺化制備伯胺和亞胺的反應中，表現(xiàn)出優(yōu)異的活性、選擇性以及穩(wěn)定性（中國發(fā)明專利202110919247.3），相關研究發(fā)表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering《美國化學會可持續(xù)化學與工程》雜志上。
伯胺和亞胺在生產合成樹脂及塑料、吸附劑、染料、香料、藥物和化妝品等領域具有廣泛的應用價值。目前，采用羰基化合物還原胺化工藝來生產伯胺和亞胺是工業(yè)上最有效的途徑之一，但是該過程中容易出現(xiàn)過度加氫的現(xiàn)象，導致伯胺和亞胺的產率低，分離困難，成本增加。均相催化劑的使用可以提高伯胺和亞胺的選擇性，但是后處理工藝復雜，催化劑成本高。近年來，過渡金屬基非均相催化劑被大量應用于還原胺化反應中，引起人們的廣泛關注。但是，在還原胺化腐蝕性的反應環(huán)境中，金屬基催化劑的穩(wěn)定性比較差；反應物和產物中的有機胺往往會強吸附在金屬基催化劑表面上，導致催化劑加氫能力降低；此外，在催化劑循環(huán)使用過程中，金屬基催化劑的活性位會發(fā)生燒結、流失、氧化和積碳，導致催化劑失活。因此，如何提高金屬基催化劑在還原胺化反應中的穩(wěn)定性仍存在巨大挑戰(zhàn)。
該研究團隊以聚合物球為還原劑、碳源和尺寸控制劑，首先在聚合物表面原位生長類水滑石基前驅體，隨后采用惰性氣氛中焙燒自還原的方法實現(xiàn)NiCx新型催化劑的合成，并在合成過程中通過調變聚合物的量，制備了顆粒尺寸分別為7.5 nm （NiAl-10）和47.5 nm （NiAl-5）的兩種催化劑，并證明通過改變催化劑的顆粒尺寸，可以實現(xiàn)伯胺和亞胺選擇性的定向調控。另外，由于催化劑表面Ni-Cx的形成，NiAl-10和NiAl-5催化劑分別經過循環(huán)使用10次，都沒有失活現(xiàn)象，表現(xiàn)出優(yōu)異的催化穩(wěn)定性，而且循環(huán)過程中伯胺和亞胺的選擇性均始終大于99%。此外，NiAl-10和NiAl-5催化劑及還原胺化體系對于多種羰基化合物的還原胺化反應均表現(xiàn)出優(yōu)異性能，具有很好的工業(yè)化應用前景。
論文第一作者是青島能源所的潘政宜副研究員，通訊作者是青島能源所的王光輝研究員。該工作得到國家自然科學基金和山東省自然科學基金等項目的資助。
圖1. NiAl-10（7.5 nm）和NiAl-5（47.5 nm）催化劑及其還原胺化性能.
相關論文和專利：
Zhengyi Pan, Qian Zhang, Wenquan Wang, Lulin Wang and Guang-Hui Wang*. Size-Tunable Carbon-Doped Ni Nanoparticles for Switchable Reductive Amination of Biomass-Derived Carbonyl Compounds to Primary Amines and Secondary Imines. ACS Sustainable Chem. Eng. 2022, 10, 11, 3777-3786.
2. 專利：一種Ni基催化劑及其制備方法與在還原胺化中的應用，申請?zhí)枺?02110919247.3
