2022年5月6日，國際頂級學術期刊Science刊發(fā)了化學化工學院陳立桅教授、劉晰研究員和英國卡迪夫催化中心Graham Hutchings教授等人合作的科研成果“原位生成過氧化氫用于高效催化由環(huán)己酮合成環(huán)己酮肟”。

　　過氧化氫具有較合適的氧化能力，而且其反應產(chǎn)物為水，適合作為環(huán)境友好的氧化劑應用于綠色化工合成。工業(yè)上利用鈦硅分子篩為催化劑催化過氧化氫氨氧化環(huán)己酮制備尼龍6單體環(huán)己酮肟，大幅度簡化生產(chǎn)工藝，在得到高轉(zhuǎn)化率和高選擇性的同時，極大減少低價值副產(chǎn)物和廢棄物的產(chǎn)生，使得整個生產(chǎn)過程更加綠色和經(jīng)濟。盡管過氧化氫在發(fā)展綠色化學化工中扮演了越來越重要的角色，但是現(xiàn)有工業(yè)蒽醌法制備方法過程并不夠“綠色”：這種制備方法具有投資成本高，過程復雜，可能污染環(huán)境，存儲/輸運/使用不方便等顯著缺點。如果可以利用原位的方法直接生成過氧化氫完成催化氨氧化等反應，可以極大的節(jié)省能耗和設備投資，不僅使得整個過程更加經(jīng)濟和綠色，更對發(fā)展新型綠色化工和化學合成具有極其重要的意義。

　　據(jù)此，研究者突破性設計鈦硅分子篩負載金鈀合金催化劑，實現(xiàn)在接近工業(yè)過氧化氫氨氧化條件下，直接從氫氣，氧氣，碳酸氫銨和環(huán)己酮一步法高選擇性制備環(huán)己酮肟，得到近100%環(huán)己酮選擇性，近100%氨選擇性和67%氫氣選擇性，其環(huán)己酮肟產(chǎn)率與工業(yè)過氧化氫氨氧化獲取產(chǎn)率相同，驗證了原位過氧化氫合成與氨氧化耦合實現(xiàn)綠色化工生產(chǎn)的新路徑。經(jīng)過40小時或者250小時長時間實驗，催化活性一直保持穩(wěn)定，沒有明顯的下降。研究者進一步對這個催化體系進行經(jīng)濟評估，發(fā)現(xiàn)假設催化劑壽命為2.3年，環(huán)己酮肟生產(chǎn)成本相比現(xiàn)有工業(yè)成本下降13%。這個經(jīng)濟評估還沒有考慮到節(jié)約的有關非原位制備過氧化氫及運輸，稀釋等過程所帶來的額外成本。

　　該研究通過先進的催化劑設計，詳盡的實驗以及充分的微觀結(jié)構(gòu)表征，第一次成功將原位過氧化氫合成與現(xiàn)有化工品生產(chǎn)進行結(jié)合，在科學上和技術上證明利用原位過氧化氫合成實現(xiàn)綠色化工新路線的可行性與經(jīng)濟性。

　　該項工作受到自然科學基金委的資助和上海交通大學物質(zhì)科學原位中心的表征支持。