近日，我校催化反應工程團隊和中國科學院上海高等研究院合作，在芳香塑料定向催化氫解制備三苯研究上取得新進展。相關成果以“Ruthenium/TiO₂-Catalyzed Hydrogenolysis of Polyethylene Terephthalate: Reaction Pathways Dominated by Coordination Environment”為題發表在《德國應用化學》上（Hot Paper）。

聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）在全球塑料産量中位居第四（～11%），是重要的芳香塑料。PET是由石油基的芳香單體通過縮聚生成，其經化學回收能夠制備重要有機化工原料苯、甲苯、二甲苯（三苯）。該過程中的産物分布和反應路徑調控高度依賴于催化劑結構與性質，目前仍然面臨産物分布廣、芳烴收率低等問題。因此，發展PET高值化學回用的低碳技術，對解決環境和能源問題至關重要。

研究團隊以TiO₂為載體，通過改變活性金屬钌的負載量制備了具有不同钌配位環境的Ru/TiO₂催化劑。球差電鏡和X射線吸收精細結構譜分析結果表明，制得的系列钌基催化劑中10%Ru/TiO₂以高配位钌位點為主，而0.5%Ru/TiO₂以低配位位點為主，前者平台位點居多，後者台階位點和角位點居多。催化性能測試結果表明，钌配位環境顯著影響了PET氫解制三苯的收率，平均配位數為～5.0的0.5%Ru/TiO₂上能夠獲得較高的BTX收率（77%），而高配位數的Ru/TiO₂上氫解過程會形成更多的氣體和加氫飽和産物。

同位素示蹤實驗和密度泛函理論計算結果表明，PET氫解中間物種在低配位位點钌上更傾向于“直立”吸附，而在高配位位點钌上更傾向于“平躺”吸附。其中，“直立”吸附構型能夠抑制苯環加氫及開環副反應，進而促進三苯生成。

該工作針對PET催化氫解制備三苯，通過解耦钌基催化劑的幾何效應和載體效應，闡明了钌配位環境對PET氫解中間物種吸附構型的影響規律，揭示了中間物種吸附構型對PET氫解反應路徑的調控機制，基于此精确調控钌基催化劑的配位環境，實現了PET定向氫解制備目标産物三苯。該工作為芳香塑料氫解高效催化劑設計提供了一種新策略。

該論文第一作者為碩士研究生葉明星、博士研究生李雨柔和楊志榮博士，通訊作者為我校催化反應工程團隊的張晶教授、曹約強特聘研究員和中國科學院上海高等研究院的李麗娜研究員。論文研究工作得到了周興貴教授的悉心指導。王豔芹教授和景亞軒博士也在實驗方面提供了寶貴的建議。此外，該研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目、上海市自然科學基金項目等項目的支持。

論文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202301024