烯烴氫甲?；囚驶磻?yīng)的一種，從烯烴和合成氣（CO/H2）原子經(jīng)濟(jì)性100%的得到碳鏈增長(zhǎng)的醛，可以進(jìn)一步制備醇、胺、羧酸等一系列化學(xué)中間體和精細(xì)化學(xué)品，通過(guò)氫甲?；磻?yīng)生成各種化學(xué)品的年產(chǎn)量已超過(guò)兩千萬(wàn)噸，貴金屬銠Rh是目前主流的氫甲?；呋瘎?。豐產(chǎn)金屬鈷Co具有成本優(yōu)勢(shì)（Co價(jià)格僅為Rh的約萬(wàn)分之一），但由于其固有的低活性和低穩(wěn)定性，用于氫甲?；腃o基催化劑發(fā)展緩慢。

針對(duì)以上問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院（以下簡(jiǎn)稱“上海高研院”）王慧研究員團(tuán)隊(duì)在烯烴羰基化低碳催化研究中取得重要進(jìn)展，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)合成具有碳空位的Co2C催化劑，成功構(gòu)建了Co-Cv-Co-C對(duì)稱破缺活性位點(diǎn)，極大地提高了烯烴氫甲酰化反應(yīng)的性能，優(yōu)于所有已報(bào)道的鈷基催化劑，甚至超越了部分經(jīng)典Rh基催化劑。該研究成果以“Efficient Alkene Hydroformylation by Co–C Symmetry-Breaking Sites”為題發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》雜志上（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 6037）。?

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)合成具有碳空位的Co2C催化劑，構(gòu)建局部Co–Cv–Co–C對(duì)稱破缺活性位點(diǎn)，相比于Co和Co2C，形成了適中的表面電荷密度梯度，增強(qiáng)了CO和C3H6的吸附和活化，CO和丙基之間的極化同時(shí)得到了顯著提升。此外，對(duì)稱破缺活性位點(diǎn)的構(gòu)建縮短了相鄰鈷原子位點(diǎn)之間的空間距離，增強(qiáng)了電子和空間結(jié)構(gòu)效應(yīng)的協(xié)同作用，大幅降低了反應(yīng)過(guò)程的能壘。通過(guò)H2預(yù)處理可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)Co–Cv–Co–C位點(diǎn)密度，丙烯氫甲?；闹苻D(zhuǎn)數(shù)最高可達(dá)18364，優(yōu)于所有已報(bào)道的鈷基催化劑，甚至超越了部分Rh基催化劑。本研究為催化劑原子環(huán)境的調(diào)控提供了一種有效的策略，為復(fù)雜反應(yīng)中新型催化劑的開發(fā)提供了新的思路。

圖1. Co-C對(duì)稱破缺位點(diǎn)促進(jìn)的高效烯烴氫甲?；?/p>

本研究由上海高研院團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)共同合作完成，張書南和上海高研院的博士生陳俊俊、魏百銀為論文的第一作者，王慧研究員和劉曉放副研究員為共同通訊作者。本研究工作獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等多個(gè)項(xiàng)目的資助。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13092