山西大学在煤基高端化学品绿色催化合成研究中取得新进展

近日，山西大学精细化学品教育部工程研究中心、煤基高端化学品绿色催化合成山西省重点实验室在煤基精细化学品光催化合成领域取得新进展，成功实现了乙苯的高效、高选择性氧化，为煤基高端化学品的绿色合成提供了新方法。相关研究成果以“Pickering Emulsion Interfaces Enhance Photocatalytic Selective Oxidation of Aromatic C-H Bonds”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，山西大学为第一单位，2024级博士研究生李龙博为第一作者，杨恒权教授、田欣欣副教授、汤骏博士后为论文通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金委项目经费的支持。

山西省作为煤炭资源大省，具有发展煤基高端化学品产业的资源优势。乙苯是焦化苯下游化学品，开发乙苯制高端化学品对延伸煤炭产业链具有重要意义。苯乙酮是制备药物、香料、树脂等高价值产品的重要原料，市场前景广阔。然而，乙苯分子中C–H键能较高，传统氧化工艺往往依赖苛刻条件，且存在选择性控制难等技术瓶颈，制约了该路线的工业化推进。

针对上述问题，研究团队设计了一种以改性二氧化硅（SiO2）为乳化剂、溴氧化铋（BiOBr）为光催化剂的Pickering乳液界面光催化体系。通过将BiOBr精准定位于乳液液滴界面外侧，体系在可见光下促进有利的超氧阴离子自由基（∙O2‒）生成并抑制羟基自由基（∙OH）形成，在无需添加额外牺牲剂下实现>99.0%的乙苯转化率和>99.0%的苯乙酮选择性。机理研究表明，Pickering乳液界面独特的微环境是实现高选择性的关键。乳滴界面外侧疏松的氢键抑制了水分子解离与∙OH的生成，有效防止了过度氧化；同时，富氧疏水的界面环境促进了氧气吸附与∙O2‒的形成，显著加速了界面反应动力学，从而在温和条件下实现苯乙酮的高选择性合成。 为进一步探索该技术的实际应用的可能性，团队构建了Pickering乳液界面连续流动光催化体系，克服了传统间歇反应中催化剂分离回收的难题。该体系在长达200小时的连续运行中保持稳定，乙苯转化率维持在~81.6%，苯乙酮选择性~92.3%，乳液液滴保持较好的稳定性，展现出较好的应用潜力。（通讯员：张颖）