碳化鎢助力 二甲苯總收率可達90%

近日，大連化物所航太催化與新材料研究中心李昌志副研究員、王愛琴研究員和張濤院士團隊在綠色對二甲苯（PX）合成路線中取得新進展，設計出一條以木質纖維素資源生物發酵產物（生物基異戊二烯）和甘油脫水產物（丙烯醛）為原料，利用碳化鎢催化分子內氫轉移串聯反應的合成路線。該反應可實現PX總收率高達90%，相關研究結果發表在《德國應用化學》上。

芳烴是重要的石化產品，PX作為最主要的芳烴，是生產三大合成材料——合成樹脂、合成纖維和合成橡膠的一級基本化工原料。我國2016年PX供需缺口為1230萬噸，進口依存度達57%。為緩解我國PX供給量不足，該研究團隊致力於開發和利用可再生生物質資源，選擇轉化製備PX及其它芳烴產品。形成了從生物質到甲苯的高選擇合成路線。

研究人員選擇具有特定結構的生物質平臺分子異戊二烯和丙烯醛為底物，首先在路易士酸離子液體催化作用下，通過狄爾斯—阿爾德反應，構建具有對位取代基的六元環中間體——4-甲基-3-環己烯甲醛。隨後，該中間體在碳化鎢催化劑的作用下，通過連續氣相脫氫—加氫去氧反應生成PX，兩步反應PX總收率高達90%。此外，通過對底物分子取代基及官能團的改變，可拓展製備其它生物基芳烴，單一產物收率為80%至92%。

據瞭解，碳化鎢可以催化氫化、烷烴氫解和重整等合成氣反應。同時，納米碳化鎢在低溫酸性介質中電化學活性較高、催化效果良好，耐酸、耐高溫以及抗CO中毒，對氫氣、水和甲醇氧化均表現出催化氧化性能。

研究團隊以碳化鎢為催化劑，通過分子內氫轉移，進而實現脫氫芳化和加氫去氧的高度耦合反應。該過程中的碳化鎢表面剪切式反應機理完全不同于傳統貴金屬催化過程，且碳原子在產物中可100%保留，主要副產物為水，便於PX產物的分離。研究成果為探索從生物質資源出發製備芳香化學品提供了一條新思路。

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