华东理工合成ZnO/Cu2O纳米复合材料 助力研制有机硅单体合成催化剂

6月15日，记者了解到，记者从华东理工大学获悉，该校龚学庆教授团队和中科院过程工程研究所苏发兵研究员团队合作，合成了具有丰富PN异质结构的ZnO/Cu2O纳米复合材料，并揭示了其协同作用机制，有助于有机硅单体的合成催化剂的研制和调控。

有机硅材料结合了硅的无机性能和有机材料的性能。二甲基二氯硅烷(M2)作为合成有机硅材料用量最大的单体原料，在工业上是通过氯甲烷和硅粉在铜基催化材料作用下生产得到的。

“有机硅作为一种小众化学产品，对大多数人来说，可能有些陌生。其实，有机硅产品的应用范围遍及我们生产生活的各个领域：航空、建筑、电子电气、纺织、汽车、机械、皮革造纸、化工轻工、金属和油漆、医药医疗等等。”

其中，有一种单体——二甲基二氯硅烷（简称M2）是合成有机硅产品最重要且用量最大的单体，主要作为硅橡胶、硅树脂、密封胶、塑料等的原料，约占有机硅行业单体产量的90%，它的生产技术和水平是决定有机硅工业的关键。

目前M2单体合成的主流工艺仍然采用1941年由美国通用电气公司发现的罗乔反应。

问题在于该反应在得到M2的同时，还会生成大量其他副产物，因此提高M2的选择性和收率一直以来都是工业界和学术界长期关注的热点和难点。

“然而，到目前为止，M2选择性和收率仍不够高，主要是由于关键催化剂——Cu基催化剂效果不够理想。另一方面催化机理迄今为止尚不明确，致使高性能Cu基催化剂的研制仍主要依靠工业经验。”苏发兵说。

该团队成员纪永军副研究员和李晶博士通过模拟有机硅单体合成工艺实验，发现了具有最高M2选择性和收率的催化剂——暴露特定晶面的Cu2O立方体，之后采用理论计算揭示了性能提升的主要原因是反应物氯甲烷在{100}晶面上具有更强的解离吸附。

然而，该反应在得到M2的同时，还会产生大量副产物，约占产物含量的15%——20%，因此，提高M2的选择性和收率一直以来都是工业界和学术界长期关注的热点和难点。尽管已有的研究已经发现，在铜基催化剂中添加Zn基助剂可以提升M2的选择性和收率，同时工业上也采用Zn粉作为助催化剂使用，但由于该反应本身和催化剂结构的复杂性，其协同催化机制迄今为止仍不明晰。

此次研究发现，ZnO/Cu2O纳米复合材料显示出更高的M2选择性和收率，其中ZnO/Cu2O{100}复合材料的提升幅度最大，具有最高的M2选择性和收率。

该工作不仅揭示了Cu/Zn主—助催化剂在微观尺度上的协同作用机制，提供了一种通过调控异质界面结构来提高反应选择性的策略，有助于新型铜基催化剂的研制及工业主—助催化剂的调控。