6月1日，記者從中科院過程工程研究所獲悉，該所蘇發(fā)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。

  “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(yī)藥醫(yī)療等等?！碧K發(fā)兵說。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(yè)單體產量的90%，它的生產技術和水平是決定有機硅工業(yè)的關鍵。

  蘇發(fā)兵介紹，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(fā)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(yè)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(yè)經驗?！碧K發(fā)兵說。

  該團隊成員紀永軍副研究員和李晶博士通過模擬有機硅單體合成工藝實驗，發(fā)現了具有最高M2選擇性和收率的催化劑——暴露特定晶面的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氯甲烷在{100}晶面上具有更強的解離吸附。

據悉，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(yè)中Cu基催化劑的研制和革新，相關結果發(fā)表在最新一期國際學術權威期刊《催化雜志》（Journal of Catalysis, 2018, 361, 73）上。

  此外，該團隊前期在Cu基催化劑設計制備上已取得系列研究進展。通過在Cu基催化劑表面摻雜納米氧化錫，產生大量陽離子缺陷位，可提高M2選擇性和收率（Journal of Catalysis, 2016, 337, 1）；設計并制備了CuO/ZnO微納復合結構催化材料，揭示了主催化劑和助催化劑的界面協(xié)同作用機制（Journal of Catalysis,2017,348,233）；首次發(fā)現了氧化銦新型助催化劑對CuO主催化劑的促進作用（Journal of Catalysis,2017,348,110 ）。基于大量的研究結果，申請（或授權）相關發(fā)明zhuanli27件。該團隊研發(fā)的銅基催化劑制備技術已實現產業(yè)化，并應用到有機硅單體生產企業(yè)。