我所甲醇直接制乙二醇研究取得新進展

　　近日，我所催化基礎國家重點實驗室鄧德會研究員與廈門大學王野教授、程俊教授等合作在甲醇C-C鍵偶聯直接制乙二醇的研究上取得新進展，相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。

　　甲醇經可控的C-C偶聯反應制備C2或多個碳原子的化合物是化學領域極具吸引力和挑戰性的反應。當前甲醇C-C鍵的偶聯反應主要局限于羰基化反應和脫水偶聯制備烯烴或芳香烴，即MTO或MTA過程，其特點是難以高選擇性獲得特定的產物。保留甲醇分子的C-OH鍵而選擇性地活化C-H鍵生成乙二醇被公認為是化學領域最具挑戰性的反應之一。

　　作為重要的基礎化學品，乙二醇不僅是重要塑料產品PET的主要原料，而且在化學工業中其它領域用途廣泛。當前工業上90%以上的乙二醇生產都是通過石油路線，即乙烯環氧水合路線，該過程效率不高、能耗大。此外，通過煤基合成氣經草酸二甲酯合成乙二醇的路線工藝流程長、成本高。而甲醇可由煤、天然氣、生物質乃至二氧化碳經合成氣或直接制備、廉價易得，是重要的C1平臺分子。因此，由甲醇直接制備乙二醇意義重大。

　　鑒于此，鄧德會研究團隊在長期對二維MoS2催化材料的設計和表界面調控的基礎上（Nat. Commun.，Nat. Nanotechnol.，Energy Environ. Sci.），與廈門大學王野課題組、程俊課題組合作，成功構建了多孔MoS2-foam修飾的CdS納米棒催化劑，首次實現了可見光照射下甲醇的脫氫偶聯制備乙二醇和氫氣的反應，并通過設計集反應和分離為一體的反應器，實現乙二醇選擇性高達90%、收率16%、量子效率5%（450nm）。進一步的理論計算和實驗表征表明，CdS表面產生的光生空穴可以在不影響甲醇OH鍵的情況下，通過質子和電子協同轉移（CPET）過程選擇性地活化甲醇的C-H鍵，生成羥甲基自由基（·CH2OH）。MoS2-foam不僅可以有效促進CdS表面電子的轉移，產生光生空穴，而且可以促進·CH2OH在MoS2-foam孔道里偶聯生成乙二醇。所制備的MoS2-foam/CdS復合催化劑極大地促進了乙二醇的生成速率，其乙二醇的生成速率比單純CdS提升了20余倍。該可見光驅動的甲醇轉化新過程不僅提供了一種溫和條件下乙二醇高效制備的方法，而且為存在羥基等官能團的小分子中惰性C-H鍵的選擇活化開辟了一條新的途徑。

　　以上研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中科院前沿科學重點研究項目和教育部能源材料化學協同創新中心（2011·iChEM）的資助。