有機硅單體合成反應催化機理研究取得新進展

有機硅作為一種小眾化學產品，對大多數人來說，可能有些陌生。其實，有機硅產品的應用范圍遍及我們生產生活的各個領域：航空、建筑、電子電氣、紡織、汽車、機械、皮革造紙、化工輕工、金屬和油漆、醫藥醫療等等。其中，有一種單體——二甲基二氯硅烷(簡稱M2)是合成有機硅產品最重要且用量最大的單體，主要作為硅橡膠、硅樹脂、密封膠、塑料等的原料，約占有機硅行業單體產量的90%，它的生產技術和水平是決定有機硅工業的關鍵。

目前M2單體合成的主流工藝仍然采用1941年由美國通用電氣公司發現的羅喬反應。問題在于該反應在得到M2的同時，還會生成大量其他副產物，因此提高M2的選擇性和收率一直以來都是工業界和學術界長期關注的熱點和難點。然而，到目前為止，M2選擇性和收率仍不夠高，主要是由于關鍵催化劑——Cu基催化劑效果不夠理想。另一方面催化機理到迄今為止尚不明確，致使高性能Cu基催化劑的研制仍主要依靠工業經驗。

日前，中科院過程工程研究所蘇發兵研究員團隊和華東理工大學龔學慶教授團隊合作，以暴露特定晶面的亞微米級Cu2O晶體作為模型催化體系，采用實驗和理論計算相結合的方法在分子原子水平初步揭示了羅喬反應中銅催化劑的催化機理。他們首先通過模擬有機硅單體合成工藝實驗發現了具有最高M2選擇性和收率的催化劑——暴露{100}晶面的Cu2O立方體，之后采用理論計算揭示了性能提升的主要原因是反應物一氯甲烷在{100}晶面上具有更強的解離吸附。這項工作不僅揭示了Cu基催化劑在羅喬反應中微觀尺度上的催化機理，而且提供了一種通過調控金屬氧化物催化劑的暴露晶面來提高反應選擇性的新理念，有助于有機硅工業中Cu基催化劑的研制和革新。相關結果于2018年5月發表在Journal of Catalysis[Impact of the Cu2O microcrystal planes on active phase formation in the Rochow reaction and an experimental and theoretical understanding of the reaction mechanism.]。紀永軍副研究員，龔學慶教授，鐘子宜教授和蘇發兵研究員為共同通訊作者，李晶博士和尹莉莉博士為共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金(Grant No.21506224)等項目支持。