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近日，華東理工大學化工學院催化反應工程團隊和中國科學院上海高等研究院合作，在芳香塑料定向催化氫解制備三苯研究領域取得新進展。相關成果以熱點文章在《德國應用化學》上發表。
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中間物吸附構型對PET氫解反應路徑調控。華東理工大學供圖
聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）在全球塑料產量中位居第四，是重要的芳香塑料。PET是由石油基的芳香單體通過縮聚生成，其經化學回收能制備重要有機化工原料苯、甲苯、二甲苯（三苯）。該過程中的產物分布和反應路徑調控高度依賴于催化劑結構與性質，目前仍然面臨產物分布廣、芳烴收率低等問題。因此，發展PET高值化學回用的低碳技術，對解決環境和能源問題至關重要。
研究團隊以二氧化鈦為載體，通過改變活性金屬釕的負載量，制備了具有不同釕配位環境的二氧化鈦負載釕基（Ru/TiO2）催化劑。球差電鏡和X射線吸收精細結構譜分析結果表明，制得的系列釕基催化劑中10%Ru/TiO2以高配位釕位點為主，而0.5%Ru/TiO2以低配位點為主。催化性能測試結果表明，釕配位環境顯著影響了PET氫解制三苯的收率，平均配位數為5.0左右的0.5%Ru/TiO2上能夠獲得較高的三苯收率（77%），而高配位數的Ru/TiO2上氫解過程會形成更多的氣體和加氫飽和產物。
同位素示蹤實驗和密度泛函理論計算結果表明，PET氫解中間物種在低配位位點釕上更傾向于“直立”吸附，而在高配位位點釕上更傾向于“平躺”吸附。其中，“直立”吸附構型能夠抑制苯環加氫及開環副反應，進而促進三苯生成。
針對PET催化氫解制備三苯問題，研究團隊通過解耦釕基催化劑的幾何效應和載體效應，闡明了釕配位環境對PET氫解中間物種吸附構型的影響規律，揭示了中間物種吸附構型對PET氫解反應路徑的調控機制，并基于此精確調控釕基催化劑的配位環境，實現了PET定向氫解制備目標產物三苯。以上研究為芳香塑料氫解高效催化劑設計提供了一種新策略。