厦门大学汪骋团队发现乙烷高选择性转化的新途径 | Cell Press论文速递

物质科学

Physical science

近日，厦门大学化学化工学院汪骋教授团队在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports Physical Science发表了一篇题为“Chemical looping conversion of ethane to ethanol via photo-assisted nitration of ethane”的新研究。他们设计了一条新的Chemical-Looping路径使乙烷高选择性转化为乙醇，在可见光波段内，用光激发NO₂攫取乙烷上的氢，在温和条件下实现惰性C-H键的转化。

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烷烃的部分氧化

近年来，随着页岩气的开发，甲烷乙烷等轻质烷烃成为廉价易得的原料，但它们难以液化，不利于存储和运输。轻质烷烃选择性氧化制备醇具有重要意义。

成果简介

本文通过可见光激发二氧化氮，与乙烷反应得到硝酸乙酯，水解后得到乙醇，形成Chemical-Looping。这一过程在温和条件下实现乙烷高选择性转化为乙醇。

图1. 乙烷通过光驱动硝化，选择性转化到乙醇

Chemical-Looping路径

NO₂是大气污染物之一，其与烷烃的光化学反应在大气化学中早有研究，但是此前没有将这一反应用于制备级的烷烃转化。作者在低温（-10 ℃至室温）下用450 nm蓝光激发NO₂，选择性得到硝酸乙酯，同时得到少量硝基乙烷及痕量其他过氧化产物。硝酸乙酯通过水解可转化为乙醇。作者发现反应温度对于反应的选择性很重要，在较高温度硝基乙烷的选择性显著提高，硝酸乙酯的选择性降低。反应除产生硝酸乙酯外还会产生硝酸和亚硝酸。亚硝酸与氧气反应形成硝酸，而硝酸加热分解可再回到NO₂。

图2. Chemical Looping详细步骤和反应方程式

机理研究

对于NO₂与C₂H₆的反应，作者主要通过实验结果和DFT计算提出了几条可能的反应机理，其主要步骤包括NO₂受光激发后攫取C₂H₆上的氢产生C₂H₅·自由基，C₂H₅·自由基与NO₂或O₂等反应生成C₂H₅ONO₂。

图3. 提出的三条可能的反应路径

小结

这项工作为轻烷烃部分选择性氧化转化为醇提供了一种新的思路。

相关论文信息

研究成果发表在Cell Press旗下Cell Reports Physical Science期刊上，点击“阅读全文”或扫描下方二维码查看论文。

▌论文标题：

Chemical looping conversion of ethane to ethanol via photo-assisted nitration of ethane

▌论文网址：

https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(21)00181-8#%20

▌DOI：

https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2021.100481

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