醇無溶劑催化氧化是合成精細化學品的綠色途徑。其中，鈀基催化劑因其優異的催化活性而得到廣泛研究和應用。日前，中國科學院山西煤炭化學研究所副研究員張斌、研究員覃勇團隊，利用原子層沉積技術實現了在氧化鈰上構筑穩定且氧化鈀和零價鈀+氧化鈀比例穩定可調的鈀團簇催化劑，有望進一步改變反應路徑，提升鈀催化劑反應效率。 該成果近日以“氧化鈰上雙位點氧化鈀和零價鈀催化苯甲醇選擇性氧化”為題發表在《催化》期刊上。
零價鈀物種被大多數研究人員認為是鈀催化劑的活性中心，零價鈀上醇的β氫消除是反應的決速步驟。由于氧化鈀物種在原位反應條件下很容易被還原成零價鈀，造成傳統方法難以控制催化劑穩定的氧化鈀和零價鈀比例，且催化劑中零價鈀和氧化鈀的作用難以區分，無法實現高效的協同，催化劑性能受限。因此，精準控制氧化鈀和零價鈀比例，并保持其反應條件下結構穩定，形成能夠分別活化醇β氫和氧氣的雙位點催化劑，有望進一步改變反應路徑，提升鈀催化劑反應效率。
張斌介紹，團隊研究的鈀團簇催化劑，由于零價鈀和氧化鈀雙位點的高效協同， 其轉化頻率值較高,即每小時在每個表面鈀位點上轉化的苯甲醇的分子數可高達35萬個，且與傳統鈀催化劑不同，鈀/氧化鈰催化劑表現出顯著的氧同位素效應，其穩定的零價鈀和氧化鈀雙位點實現了氧促進的β氫消除新機制。
“本研究為理解醇氧化中的氧活化、活性中心的判定及高性能催化劑的設計提供了一種新的思路”，張斌表示。
該工作得到了國家自然科學基金、國家杰出青年科學基金、中科院青年創新促進會、山西省自然科學基金、國家重點研發計劃、煤轉化國家重點實驗室青年人才培養計劃的資助與支持。