中國科學院大連化學物理研究所開發亞納米結構氫化物實現苯的非氧化偶聯新路徑

　　【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院大連化學物理研究所氫化物能源化學研究中心(DNL1901組群)陳萍研究員、郭建平研究員團隊與華中師范大學饒立副教授合作，開發出一種具有亞納米結構的負載氫化銪催化劑，該催化劑在溫和、非氧化條件下，實現了苯直接脫氫偶聯制備聯苯的催化過程。該研究揭示了氫化物在惰性碳-氫(C-H)鍵活化中的獨特作用機制，為綠色高效構筑碳-碳(C-C)鍵提供了新途徑。
 

　　聯苯類化合物是有機合成和精細化工領域的重要結構單元。通過C-H/C-H鍵直接活化構建C-C鍵，被認為是一條經濟且環境友好的理想合成路徑。然而，苯分子的C-H鍵鍵能高達113 kcal·mol-1，化學惰性高，活化難度大；另一方面，從熱力學角度看，苯直接偶聯生成聯苯與氫氣的過程也屬于不利反應。目前，苯的C-C鍵偶聯通常依賴貴金屬(例如鈀)催化的氧化偶聯反應，這類反應往往需要使用過量氧化劑和復雜添加劑。而現有的少數非氧化偶聯體系大多需要使用化學計量比的強還原劑(例如堿金屬、石墨鉀等)，并需后續水解步驟釋放聯苯產物，難以實現催化循環。因此，在非氧化條件下實現苯分子的催化偶聯被視為一項極具挑戰的研究課題。
 

　　陳萍與郭建平研究團隊聚焦氫化物材料介導的惰性小分子活化與轉化研究。在前期工作中，團隊系統探索了氫化物材料在氮氣活化轉化(Nat. Chem.，2017；Nat. Energy，2018；Nat. Catal.，2021；Nat. Chem.，2024)，以及乙炔和芳香化合物等有機小分子反應(J. Am. Chem. Soc.，2021；J. Am. Chem. Soc.，2022；Nat. Commun.，2025)中的獨特功能，展現出氫化物在惰性化學鍵活化中的重要潛力。
 

　　基于以上研究基礎，在本工作中，團隊采用液氨浸漬-加氫還原方法，制備出高分散的亞納米結構氫化銪催化劑(EuHx/MgO)。該催化劑能夠在無氧化劑、無需后處理的條件下，實現苯分子的直接脫氫偶聯反應，生成聯苯與氫氣兩種高價值產物。理論計算表明，催化劑表面Eu-H物種在C-H鍵活化及C-C鍵偶聯過程中發揮關鍵作用：一方面促進苯環C-H鍵活化及脫質子化過程；另一方面通過調控苯與聯苯在催化劑表面的吸附、脫附能壘，實現高效催化循環，展現了氫化物介導C-H活化的新模式。
 

　　相關研究成果以“Catalytic Non-Oxidative C-C Coupling of Benzene to Biphenyl over Sub-Nanostructured Europium Hydride”為題，于近日發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上，并被選為VIP(Very Important Paper)文章。該工作的第一作者是我所DNL1901組群博士研究生蔡永麗。上述工作得到國家自然科學基金、中國科學院青促會等項目的資助。