炔醇加氢机理研究及高效催化剂的开发

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21872121
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0202.催化化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Alkynol semi-hydrogenation is of great significance in the synthesis of Vitamins. Conventionally, semi-hydrogenation of alkynols was often carried out on Lindlar catalysts. Lindlar catalysts usually contains CaCO3 as support, palladium as active center and Pb(OAc)2 as modifier. Bi is an alternative metal to Pb. Pb and Bi are both harmful to the environment. Then some organic compounds, possessing nitrogen, phosphorous or sulfur heteroatoms, with a strong interaction to the surface is added to the reaction solution to improve alkenol selectivity. It will cost much to extract these compounds. This proposal mainly includes the following two aspects: (1) N-doped carbon (CN) material supported Pd catalysts (Pd/CN) would be prepared. The electronic property of Pd would be tuned by using several CN materials with different N-containing species distribution; (2) Some flexible polydentate ligands, which can improve alkenol selectivity, would be immobilized on the selected CN material, respectively. Some Pd-based catalysts would be obtained by using these functionalized CN materials as supports. The flexible polydentate ligands can also play a similar role as they are free and they would not leach into the solution. This proposal can pave the way to the exploration of structure-activity relationship in the semi-hydrogenation of alkynols and the design of new catalysts for this reaction.
炔醇选择性加氢是维生素产业链中的关键反应之一。工业上普遍采用的Lindlar催化剂不但含有Pb、Bi等有毒、有害的物质,在应用过程中还要加入含N、P、S的有机助剂来进一步提高烯醇的选择性,反应后分离能耗高。本项目从合作企业实际生产中所碰到的问题中提炼科学问题,通过基础研究解决问题后再服务于企业,以基础研究带动产业化应用。项目主要包含两个方面内容:(1)调控氮掺杂炭材料(CN)中不同种类N与Pd之间的相互作用,从研究CN负载的Pd基催化剂(Pd/CN)中Pd电子结构与炔醇加氢活性之间的构-效关系出发,从活性和选择性两个方面优选出最佳的Pd/CN催化剂;(2)在上述工作的基础上,将含N、P、S的“柔性”长链多齿有机助剂固载于CN载体表面,既可以提升目标产物烯醇的选择性,又可以防止有助剂流失于反应液中,简化后续的分离过程。该项目的开展能为炔醇加氢机理研究以及高效催化剂的开发提供新的思路。

结项摘要

炔半加氢反应是极其重要的一类催化反应,它是生产聚合级烯烃以及维生素、香料、原料药等高端精细化学品的关键过程,涉及下游产业近万亿元。在该反应中,如何实现串联加氢过程中烯烃这一亚稳中间产物的选择性生成一直是巨大的挑战。针对这一问题,商业Lindlar以Pd为活性组分,铅、喹啉、噻吩等为助剂的催化体系,该催化剂的设计思路是利用助剂组分阻塞大部分的活性位点,从而在低反应速率下很好地控制反应过程和选择性,但该催化剂长期面临着环境危害大、效率极低的突出问题。针对上述难题,本项目从柔性助剂修饰、活性位微环境调控、催化构效关系探究等三个方面开展研究。首先深入理解柔性多齿有机胺与Pd表面之间的相互作用及其对反应性能的影响机制,通过配位键在金属表面构建动态可逆的界面“呼吸模式”有效辨识反应物和中间体,选择性地抑制中间产物烯的吸附和加氢,所创制的Pd/NHPC-DETA催化剂在甲基丁炔醇半加氢反应的TOF值高达到14412 h-1,反应活性比商用的Lindlar催化剂高36倍,同时烯醇选择性也可以达到95%,也展现出良好的稳定性;其次通过氢溢流在催化剂表面构筑高密度羟基极性层,利用反应过程中催化剂表面极性的动态变化促进非极性产物烯的即时脱附,显著抑制其过加氢,反应选择性可提升至98.3%,同时溢流氢物种可以有效参与反应过程,提升催化活性;此外,项目还系统揭示了Pd颗粒尺寸对上述新催化机制的影响,发现减小颗粒尺寸可以最大程度强化表面极性对反应性能的影响,并进一步开发单原子催化剂,将贵金属利用率提升至100%,实现加氢催化剂的贵金属等效减量和生产成本的降低。

项目成果

期刊论文数量(35)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(8)
The chemical nature of N doping on N doped carbon supported noble metal catalysts
氮掺杂碳负载贵金属催化剂上氮掺杂的化学性质
  • DOI:
    10.1016/j.jcat.2019.06.039
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Catalysis
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Shanjun Mao;Chunpeng Wang;Yong Wang
  • 通讯作者:
    Yong Wang
Reversible hydrogen spillover in Ru-WO3-x enhances hydrogen evolution activity in neutral pH water splitting
Ru-WO3-x 中的可逆氢溢出增强了中性 pH 水分解中的析氢活性
  • DOI:
    10.1038/s41467-022-33007-3
  • 发表时间:
    2022-09-14
  • 期刊:
    Nature Communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Jiadong Chen;Chunhong Chen;Minkai Qin;Ben Li;Binbin Lin;Qing Mao;Hongbin Yang;Bin Liu;Yong Wang
  • 通讯作者:
    Yong Wang
Fe2 Dimers for Non‐Polar Diatomic O2 Electroreduction
用于非极性双原子 O2 电还原的 Fe2 二聚体
  • DOI:
    10.1002/cssc.202200532
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ChemSusChem
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Ruxue Fan;Haiyan Wang;Xiaozhong Zheng;Jiadong Chen;Yang Ou;Yong Wang;Shanjun Mao
  • 通讯作者:
    Shanjun Mao
Dynamic Modification of Palladium Catalysts with Chain Alkylamines for the Selective Hydrogenation of Alkynes
链烷基胺动态改性钯催化剂用于炔烃选择性加氢
  • DOI:
    10.1021/acsami.1c09682
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qian Luo;Zhe Wang;Yuzhuo Chen;Shanjun Mao;Kejun Wu;Kaichao Zhang;Qichuan Li;Guofeng Lv;Guodong Huang;Haoran Li;Yong Wang
  • 通讯作者:
    Yong Wang
Carbon vacancy defect-activated Pt cluster for hydrogen generation
碳空位缺陷激活 Pt 团簇用于制氢
  • DOI:
    10.1039/c9ta04010b
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Materials Chemistry A
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Xiaobing Bao;Yutong Gong;Yuzhuo Chen;Hao Zhang;Zhe Wang;Shanjun Mao;Lei Xie;Zheng Jiang;Yong Wang
  • 通讯作者:
    Yong Wang

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其他文献

希土類モリブデン酸塩系ガラスの結晶化における自己微粉化現象の解明
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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希土類モリブデン酸塩系ガラスの結晶化における自己微粉化現象
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王勇;本間 剛;小松高行
  • 通讯作者:
    小松高行
软件开发阶段成本分布研究 The Effort Distribution of Software Development Phases
  • DOI:
    10.12677/csa.2017.75052
  • 发表时间:
    2017-05-22
  • 期刊:
    Computer Science and Application
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张敬
ダイズ圃場からの収穫期前後におけるN2O発生源の特定と土着ダイズ根粒菌混合菌株利用によるN2O発生削減
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    --
  • 发表时间:
    2016
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    --
  • 作者:
    星野 裕子;秋山 博子;板倉学;下村有美;王勇;山本昭範;多胡 香奈子;中島 泰弘;南澤究;早津 雅仁
  • 通讯作者:
    早津 雅仁
東亜文化的伝承与揚棄 (中国文, 共著)
东亚文化的传承与遗弃(中文文本,合着)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王勇; 佐藤文子
  • 通讯作者:
    佐藤文子

其他文献

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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