離子液體輔助合成Fe-ZSM-5含鐵分子篩 苯酚羥基化制二羥基苯催化性能研究

二羥基苯（鄰苯二酚、對(duì)苯二酚）是化工、醫(yī)藥、染料等領(lǐng)域不可或缺的高附加值精細(xì)化工中間體，苯酚與過氧化氫直接羥基化反應(yīng)，因工藝流程短、原子利用率高、環(huán)境友好，成為目前制備二羥基苯的主流綠色工藝路線。其中，含鐵分子篩催化劑憑借反應(yīng)條件溫和、催化活性優(yōu)異、水熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)，在該反應(yīng)體系中展現(xiàn)出巨大的工業(yè)化應(yīng)用潛力。 

但長(zhǎng)期以來，該類催化劑的產(chǎn)業(yè)化落地始終面臨兩大核心瓶頸：一是鐵活性位點(diǎn)的識(shí)別與歸屬存在極強(qiáng)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)表征技術(shù)難以精準(zhǔn)區(qū)分分子篩體系中的單核鐵與雙核鐵物種，導(dǎo)致催化劑構(gòu)效關(guān)系的研究長(zhǎng)期無法突破，難以開展定向的性能優(yōu)化；二是現(xiàn)有鐵基分子篩催化劑普遍存在二羥基苯選擇性偏低的問題，副反應(yīng)多、產(chǎn)物分離成本高，嚴(yán)重制約了其工業(yè)應(yīng)用。

針對(duì)上述行業(yè)痛點(diǎn)，蘭州理工大學(xué)趙新紅教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地結(jié)合離子液體輔助分子篩合成技術(shù)，提出了一種 “差異比較策略”，實(shí)現(xiàn)了 Fe-ZSM-5 分子篩中活性鐵物種的精準(zhǔn)分離、鑒定與可控構(gòu)筑，為高性能苯酚羥基化催化劑的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了全新思路。團(tuán)隊(duì)借助離子液體獨(dú)特的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向效應(yīng)、溶劑化效應(yīng)與金屬配位調(diào)控能力，在分子篩晶化轉(zhuǎn)變過程中精準(zhǔn)調(diào)控鐵物種的存在形式、配位環(huán)境與分散程度，制備得到一系列鐵物種結(jié)構(gòu)具有顯著差異的 Fe-ZSM-5 分子篩催化劑，為后續(xù)活性位點(diǎn)的精準(zhǔn)鑒定奠定了核心的樣品基礎(chǔ)。

該研究工作不僅破解了含鐵分子篩催化劑活性位點(diǎn)精準(zhǔn)識(shí)別的行業(yè)痛點(diǎn)，明確了苯酚羥基化反應(yīng)的催化作用機(jī)制，更確立了鐵活性物種與分子篩局部酸性微環(huán)境協(xié)同設(shè)計(jì)的關(guān)鍵原則。同時(shí)，離子液體輔助的分子篩可控合成策略，也為其他金屬改性分子篩催化劑的定向設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化提供了通用方法，有力推動(dòng)了高性能鐵基分子篩催化劑在精細(xì)化工綠色合成領(lǐng)域的工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。

來源：ACS. Catal.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.6c00216