第172次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

单原子催化生物基醇/醛的还原胺化http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bba72b5fd_r36_1200k.mp4
王爱琴研究员中国科学院大连化学物理研究所

生物基醇/醛的还原胺化是生物质高值化利用的重要途径之一。还原胺化反应通常涉及到氢气、氨气以及底物分子的吸附活化，而控制生成伯胺选择性的关键是促进中间产物亚胺分子的加氢，同时抑制亚胺分子之间的缩聚副反应的发生。这就要求催化剂具有适中的加氢能力。单原子催化剂由于孤立的单核金属中心，对氢气的解离活化能力通常弱于相应的纳米催化剂。另一方面，金属单原子与载体或第二金属组分的协同作用将为调变其催化活性/选择性提供丰富的空间。因此，单原子催化剂有望为生物基醛/酮的还原胺化带来新的机遇。本报告将以糠醛分子的还原胺化为例，阐述Ru基单原子催化剂的设计制备、表征以及反应性能。以高温热解法制备Ru1-N-C单原子催化剂，通过控制热解温度可以调变Ru1-Nx的配位微环境，从而对糠醛还原胺化制备糠胺反应表现出最优的活性、选择性和抗CO中毒、抗S中毒、以及抗高温氢气还原的优异稳定性。更有趣的是，当Ru单原子与Co纳米粒子形成Ru1CoNP单原子合金结构时，糠胺可以进一步加氢、脱水环化形成哌啶。而与之形成鲜明对照的是，Ru纳米粒子催化该反应只能形成过度加氢产物四氢糠胺。该单原子合金结构也可以进一步扩展到生物基醇的还原胺化反应，进一步证明了单原子结构在反应选择性控制方面的独特优势。
碳基分子“精准催化”的催化体系设计与构建http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bba7e9c03_r36_1200k.mp4
王野教授厦门大学

丙烷脱氢是丙烯生产的重要途径，Pt系和Cr系催化剂是当前两类主要的丙烷脱氢催化剂。由于反应须在高温下进行，这两类催化剂面临易积碳、催化剂需频繁再生及由此带来的高排放等问题。报告人团队从具有优异C-H键活化能力的单原子Rh催化剂出发，利用分子筛限域以及In与Rh的合金化效应及In的亲氧性和动态迁移特性，构建出活性位动态形成的新型In/Rh@S-1丙烷脱氢催化剂。在该催化剂中，单原子Rh位于S-1分子筛孔内，而以浸渍法引入催化剂中的In物种通过与分子筛硅羟基作用自发迁移至孔道内并以In-Rh键稳定Rh单原子，形成分子筛限域RhInx活性中心。该活性中心又通过In-O键锚定在分子筛骨架In/Rh@S-1催化剂。In/Rh@S-1催化剂突破现有丙烷脱氢催化剂的瓶颈，显示出高活性和超高稳定性。以纯丙烷为反应原料，在550 oC的近工业反应条件下长达6000小时的连续测试中活性和选择性均保持稳定，为开发固定床无需再生的丙烷脱氢新技术提高了基础。
二氧化碳一步法制绿色航煤技术
魏飞教授清华大学

将二氧化碳与可再生氢定向转化为绿色航煤或芳烃等特定烃类产品为净零化学品制造提供了一条可持续的途径。然而，由于双功能催化剂中互补活性位点的CO2加氢和C-C偶联速率不平衡，因此导致意外的二次反应，同时实现高活性和选择性仍然具有挑战性。我们报告了LaFeO3钙钛矿介导的CO2向重芳烃的定向串联转化，具有高CO2转化率（＞60%），在烃类化合物中具有出色的单环芳烃选择性（＞85%），并且1000小时没有明显的失活。这是通过在铁基催化剂的串联系统中将 CO2加氢域与C-C偶联域解开来实现的。与其他活性铁氧化物不同，由于碳化物的形成而显示出广泛的碳氢化合物产品分布，LaFeO3在设计上具有优异的耐碳质性，因此抑制氧化物上不受控制的C-C偶联并隔离沸石中芳烃的形成。原位光谱证据和理论计算揭示了 LaFeO3的表面化学成分富含含氧化合物，很容易从氧化物表面逸出，从而在沸石内进一步精确地进行C-C偶联，从而引导CO2-HCOOH/H2CO-芳烃反应途径，从而实现芳烃的高产率。
量子限域催化与氢氧化
魏子栋教授重庆大学

以质子交换膜为电解质的燃料电池，俗称PEMFC因为用贵金属Pt作催化剂，而受产业界长期冷落。人们对基于碱性膜的燃料电池AEMFC给予了很高的热情。这些年，AEM的性能已堪比PEM。然而，人们吃惊地发现，采用AEM后，氢的氧化成为新的问题。在碱性介质中，阳极HOR即使用上10倍于PEM的铂基贵金属催化剂，也不能匹配由廉价ORR催化剂催化产生的阴极电流。结果，AEMFC贵金属催化剂的用量不仅没有下降反而大幅度提升了。Ni在碱性介质中因为表面生成致密的氧化物而有非常好的稳定性。但恰恰是其表面氧化物钝化了其HOR的催化活性。本报告介绍通过量子限域效应，调控能量势阱，将Ni的电子限制在Bohr半径相当尺寸的C-doped MoOx层，令只参与氢的催化分解，而不能自行溢出，保持良好催化活性的同时，也维持了优异的稳定性。
沸石分子筛的绿色合成http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bbad00831_r36_1200k.mp4
肖丰收* 吴勤明教授浙江大学化工与生物工程学院

沸石分子筛材料作为以石油炼制为代表的若干重要过程中的核心催化材料，对资源转化与环境保护至关重要。然而，传统分子筛材料的工业生产则属于典型的高污染与高能耗路线，三废排放量大，能耗与废水占整个石化工业的3.7%与3.2%。由于分子筛的水热合成机理尚不明确，实现其绿色制备一直是公认的挑战性难题。通过大量实验发现，沸石成核活化能远高于生长活化能的本质，有机模板的主要功能是诱导自发成核，而在随后晶体生长过程中基本不起作用。为此，提出了自发成核替代的方法，使沸石晶化过程直接进入沸石晶体生长阶段，实现无有机模板的沸石制备。进一步发现，沸石晶化过程中，硅铝物种在起始解聚阶段需要水分子作为反应物去水解硅铝物种，而这些硅铝物种在结晶过程中缩聚又产生水作为反应产物。因此提出，原料直接固相晶化的无溶剂路线，在合成过程中完全不加入水或溶剂，仅经过简单的研磨并利用部分原料中的结晶水，在适当温度下晶化制备出优质沸石分子筛。还通过计算机模拟技术，寻找与沸石骨架作用力相对较强的多种有机模板剂，采用能量最低原理，实现了若干种新型硅铝沸石晶体的合成。这些方法都大幅度降低了沸石分子筛的成本，降低了排放，实现了绿色合成。

第172次：The role of water in green carbon science