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乙二醇（EG）通常用作防冻剂和瓶子/包装中使用的聚对苯二甲酸乙二醇酯的原料。与生产石油衍生的EG不同，EG也可以由合成气（CO或者CO2与H2混合）生产。合成气直接氢化到EG需要高温（230°C）和高压（>100 bar），但由于吉布斯自由能和副反应的热力学限制，产量较低（理论上为57%，实验上<7%）。
从合成气到草酸二甲酯（DMO）等中间物种的两步策略适用于乙二醇生产。一氧化碳与甲醇的耦合使DMO已经安全工业化，Pd催化剂在环境压力下接近其热力学产量极限。然而，将DMO转换为EG仍然需要更高的氢（H2）压力（通常为20至30 bar）和温度（200°C）。与H2压缩机的高压反应带来了环境和安全风险，可以通过在近环境压力条件下运行的有效催化剂来解决。
厦门大学化学化工学院谢素原院士、袁友珠教授（两位通讯作者）等人合作在Science上发表最新成果，Ambient-pressure synthesis of ethylene glycol catalyzed by C60-buffered Cu/SiO2，研究表明，在铜硅催化剂中添加富勒烯（C60）可以在环境压力下进行高产（98%）DMO氢化，并在1000小时后不失活。
富勒烯（Fullerene）是一种完全由碳组成的中空分子，形状呈球型、椭球型、柱型或管状。富勒烯在结构上与石墨很相似，石墨是由六元环组成的石墨烯层堆积而成，而富勒烯不仅含有六元环还有五元环，偶尔还有七元环。
铜铬催化剂最初用于DMO到EG反应，但主要由于铬的毒性，对人类健康和环境有害。此外，还需要高H2压力（30 bar）。因此另外一种铜硅（Cu/SiO2）催化剂具有更好的前景，它可以选择性地氢化DMO到EG；然而，Cu/SiO2在低压下活性不足，稳定性差。
作者表明，富勒烯（例如C60）可以作为铜硅催化剂（Cu/SiO2）的电子缓冲剂。不含C60的常规Cu/SiO2催化剂的EG产量为9.6%，在环境压力和180°C至190°C的温度下，草酸二甲酯在C60-Cu/SiO2催化剂上的氢化，EG产量高达98±1%。在千克级反应中，1000小时后没有看到催化剂失活。
理论计算表明，当C60结合在Cu表面时，使得H2吸附增强。DMO的激活始于吸附的H原子对酯基团缺电子碳的亲核攻击；此外，C60促进Cu表面的H2激活可以进一步促进Cu表面的DMO激活。
此外，从催化剂中定量回收了C60。使用质谱法进一步确认了回收的C60，表明C60在煅烧、还原和加氢反应的整个热过程中都是稳定的。作者进一步探讨了用于电化学还原CO2的C60-Cu/SiO2催化剂。Cu/SiO2引入C60提高了CO的法拉达效率和稳定性。从CO2到CO的优异电催化还原使目前的工作在大气压力下整体扩展二氧化碳到乙二醇过程具有更大的意义。因此，报告的C60-Cu/SiO2催化的DMO的环境压力加氢化可以应用于其他热电催化反应。
值得说明的是，本文从投稿到接受仅用了3个月的时间，2021年10月21日投稿，2022年1月25日接收。
图1. Cu/SiO2和C60-Cu/SiO2的催化性能（C60，10 wt %；Cu，20 wt %）
图2. C60-Cu/SiO2的几何和电子结构表征
图3. 由C60介导的Cu基催化剂中的电子转移
Ambient-pressure synthesis of ethylene glycol catalyzed by C60-buffered Cu/SiO2. Science 376, 288-292.
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm9257
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