近日，我院秦瑞轩教授等人合作在多相催化加氢脱氧领域取得重要进展。相关成果以“Phosphate Boosts Catalytic Hydrodeoxygenation by Facilitating Proton/Electron Transfer at the Metal-Support Interface”为题，发表于Journal of the American Chemical Society。
有机含氧化合物的高效转化在能源与化工领域具有重要意义。传统脱氧方法，如Clemmensen还原、Wolff-Kishner还原等，大多依赖化学计量还原剂，不仅产生大量副产物，且原子经济性低。在温和条件下直接利用绿色、清洁的H2为还原剂实现高效加氢脱氧仍面临巨大挑战，尤其是对于如亚砜类易使金属催化剂中毒的含硫底物。针对上述问题，研究团队设计了一种磷酸根修饰的Pt/TiO2催化剂，在温和条件下（60℃，1 bar H2）实现了对亚砜类化合物的高效加氢脱氧转化。实验表明，经磷酸盐修饰后的P-Pt/TiO₂催化剂在二苯亚砜脱氧反应中的催化效率较原始Pt/TiO2提升近250倍，而构建具有明确层状结构的Pt/Ti(HPO4)2催化剂，使催化活性进一步提升至280倍以上，远超目前报道的各类均相与非均相催化剂。结合EPR、原位DRIFTS、NMR、XAS和DFT理论计算等多种研究手段，揭示了磷酸根促进催化活性的关键机制：在Pt-O-Ti界面处，磷酸基团作为“质子桥梁”显著促进了质子的传输，同时协同增强电子转移能力，诱导产生更多Ti3+位点，从而协同促进亚砜中S=O键的吸附与活化。该界面结构可显著降低氢解反应能垒，使脱氧过程在低温低压下高效进行。此外，该催化剂具有良好的循环稳定性和底物普适性，适用于多种官能团取代的亚砜脱氧，展现出优异的应用潜力。该研究不仅为绿色催化脱氧提供了新策略，也深化了对金属-载体界面处质子/电子协同转移机制的理解，为理性设计高效多相催化体系提供了重要理论依据与实践路径。
该研究是在我院郑南峰院士、郑兰荪院士、傅钢教授和秦瑞轩教授的共同指导完成。实验部分由尤鹏耀（我院2018级博士），吴礼明（我院2022级硕士）和张亚周教授（我院2020-2022博士后）完成，理论计算部分由秦瑞轩教授完成。该研究得到国家重点研发计划（2022YFA1504500），国家自然科学基金（92261207、22388102、22202164）、新基石科学基金、福建省自然科学基金（2023J05006、2024J09006）和中央高校基本科研业务费（20720230002）等资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c09850
