近日，我院生物质化工团队在非贵金属催化领域取得重要突破。相关成果以 “Breaking the activity–stability trade-off in ammonia-rich catalysis for scalable 5-methyl-2-pyrrolidinone synthesis”为题发表在美国化学会催化领域旗舰期刊《ACS Catalysis》上。论文第一作者为我院2023级硕士研究生吴丽萍和2023级博士研究生王玥（共同第一作者），通讯作者为贾文龙博士、彭林才教授和张俊华教授。

5-甲基-2-吡咯烷酮（5-MP）是一种重要的精细化学品，作为致癌性N-甲基吡咯烷酮（NMP）的绿色替代品，在表面活性剂、医药和农药等领域具有广阔应用前景。利用生物质衍生的乙酰丙酸酯（LAEs）通过还原胺化制备5-MP是一条可持续的合成路线。然而，在富氨反应体系中，氨的强化学吸附易导致活性位点中毒，使催化剂陷入活性与稳定性难以兼得的“两难困境”，成为该领域长期悬而未决的基础性挑战。针对这一难题，研究团队成功开发了一种镍-硼（NiB-x）非晶态催化剂。该催化剂通过Ni-B活性位的协同作用，在保持优异加氢活性的同时，展现出卓越的抗氨中毒稳定性。优化后的NiB-1催化剂转化频率（TOF）高达1544.4 h-1，显著优于目前文献报道的以氨/氨水为氮源的催化体系。在120 °C、1.5 MPa H2条件下，以氨气为氮源、底物浓度高达60.0 wt%的100 mL放大反应中，5-MP产率仍可达到95.1%，充分证明了其工业化应用潜力。

机理研究表明，Ni-B活性位点d带中心的上移促进了氢分子的解离，并通过优化的吸附能稳定反应中间体，有效降低了反应能垒。此外，NiB-1催化剂在多种生物质衍生吡咯烷酮的合成以及硝基化合物加氢反应中也展现出优异的普适性。该研究通过电子结构调控成功破解了非贵金属催化剂在富氨环境下的活性与稳定性权衡难题，为N-杂环化合物的规模化、低碳合成提供了一条新路径。

上述研究得到了国家自然科学基金、云南省基础研究计划以及云南省兴滇英才支持计划青年人才项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.6c00572