近日，懷柔實(shí)驗(yàn)室山西研究院與山西大學(xué)的合作取得新進(jìn)展，楊恒權(quán)教授團(tuán)隊(duì)在仿生串聯(lián)催化合成苯下游精細(xì)化學(xué)品領(lǐng)域取得了重要突破，研究結(jié)果以“Pickering emulsion droplets and solid microspheres acting synergistically for continuous-flow cascade reactions”為題，發(fā)表在國際化學(xué)頂級(jí)期刊《Nature Catalysis》上。

 延伸焦化苯下游產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)煤向“原料”“材料”屬性轉(zhuǎn)變的重要途徑。然而，苯下游高端化學(xué)品合成通常存在步驟多、路線長、能耗高、原子經(jīng)濟(jì)性低以及三廢排放多等問題，急需發(fā)展綠色高效的合成工藝，實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用。一鍋多步串（并）聯(lián)連續(xù)流動(dòng)催化反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)綠色高效化學(xué)反應(yīng)過程的重要手段，但往往涉及多種性質(zhì)完全不同的均相催化劑、多相催化劑和生物催化劑，其中均相催化劑和生物催化劑通常需要特定的液體反應(yīng)介質(zhì)，多相催化劑大多為固體顆粒，將這三種不同類型的催化劑及其反應(yīng)介質(zhì)集成在一個(gè)反應(yīng)體系并實(shí)現(xiàn)連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)，是理想的綠色高效反應(yīng)體系，卻存在著技術(shù)和科學(xué)原理上的挑戰(zhàn)，迄今尚無可行的方法。   

楊恒權(quán)教授團(tuán)隊(duì)長期致力于發(fā)展綠色高效的仿生催化體系，解決焦化苯下游精細(xì)化學(xué)品綠色合成、二氧化碳高效利用中的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題。在該項(xiàng)研究工作中，創(chuàng)新性地提出了一種Pickering乳滴與固體多孔微球共填充的固定床連續(xù)流動(dòng)催化策略，即均相催化或酶限域在Pickering乳滴內(nèi)，將Pickering乳滴與多相催化劑的微球均勻混合后填充于固定床反應(yīng)器內(nèi)，既確保不兼容催化劑彼此空間隔離，又確保不同催化劑保持近的空間距離，實(shí)現(xiàn)多步催化反應(yīng)的高效時(shí)空耦合。該策略的關(guān)鍵是Pickering乳滴與固體微球在連續(xù)流動(dòng)的條件下要能夠長期穩(wěn)定的存在，并實(shí)現(xiàn)反應(yīng)中間體在Pickering乳滴與固體微球之間“定向”傳輸。研究發(fā)現(xiàn)，該共填充體系的穩(wěn)定性取決于固體微球表面親疏水性，親水性固體微球容易進(jìn)入Pickering乳滴內(nèi)部，導(dǎo)致破乳；而疏水性的固體微球不僅能夠與乳滴穩(wěn)定共存，還能防止乳滴聚并，顯著提升Pickering乳滴的穩(wěn)定性，即使在1.6 MPa壓力下，乳滴形貌依然保持完好。在化學(xué)-酶串聯(lián)催化苯甲醛制手性氰醇、化學(xué)-酶串聯(lián)催化合成手性苯乙醇酯兩類反應(yīng)中，該固定床體系連續(xù)運(yùn)行240個(gè)小時(shí)以上，產(chǎn)物手性氰醇和手性酯的ee值始終保持在99%以上，轉(zhuǎn)化率保持在90%以上，其催化效率提高至傳統(tǒng)間歇式反應(yīng)體系的7-77倍以上，反應(yīng)中間體從固體微球到Pickering乳滴的“定向”傳輸是提高催化效率的關(guān)鍵。 

該項(xiàng)研究突破了傳統(tǒng)固定床催化的概念，為均相催化劑、多相催化劑和酶的高效串（并）聯(lián)反應(yīng)提供了新體系，為精細(xì)化學(xué)品綠色高效合成提供了新方法。