同样是钯碳，催化效率咋就差这么大呢？

在座诸位同学，说到催化氢化这个反应，用“耳熟能详”来形容一点不过分吧？从基础有机的课本，到研究课题的实操，想必很多朋友都接触过。各种不饱和结构的还原，各种苄基去除，总能看到这个反应的身影。运气好的时候，这反应干净的那叫一个心情舒畅。但是，做实验这种事情，大家都懂得，不如意事常八九。催化氢化也不例外，除了大家特别重视的溶剂因素以外，催化剂肯定尤为重要。各位有没有遇到过，同一种催化剂，A家的比B家的好用；就算是同一个公司，不同批次的产品，反应差别也可能很大。这是为什么呢？今天给大家介绍的这篇文章，中国科学院山西煤炭化学研究所陈帅和爱尔兰都柏林大学Stefan Oscarson等研究者发表在Org. Process Res. Dev.杂志上的论文“Defining the Qualities of High-Quality Palladium on Carbon Catalysts for Hydrogenolysis”，讨论的就是这个问题。

在众多氢化催化剂当中，钯碳最为常用。作者用下面这个反应考察了两个著名试剂公司的两种钯碳催化剂，评价了不同催化剂用量以及是否前处理对反应速度和收率的影响。这里面值得注意的是，Oscarson等人之前发表了一篇文章专门阐述对钯碳催化剂进行前处理的妙用（Eur. J. Org. Chem., 2020, 2020, 3332– 3337）。常年受氢化反应困扰的同学可以学习一下哦。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

真是不比不知道，一比吓一跳啊。同样都是钯碳，催化效率差距还挺大。来自SC公司的5%Pd/C（1号催化剂）力压SA公司的产品拔得头筹，用时最短，产率最高。为了研究这里面的门道，作者选了三种代表性催化剂，先是来了一套XRD、XPS、TEM和HRTEM表征。XRD表征告诉我们，催化效果差的催化剂中氧化钯（PdO）的含量高。XPS实验结果显示，1号催化剂较其他两种催化剂相比展示出更多的Pd⁰结合能。在高分辨率透射电镜下，1号催化剂的粒径更均匀，平均粒径在4 nm，并且边角具有很多活性位点。相比之下，2号和3号的粒径更大且活性位点少。显然，更小更均匀的粒径可以更充分地接触气体，那么反应效率自然就高。当PdO含量高时，Pd²⁺将首先被还原成Pd⁰才能发挥催化作用，这无疑也就降低了催化效率。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

那么作者进行的微观分析是否可靠，这还需要宏观实验进行验证。他们利用氮气吸附-解吸附实验证实了他们的猜测是正确的。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

作者最后还对催化剂的回收再利用情况进行了探索。XRD和TEM实验结果表明，催化剂5次回收后表面没有发生明显变化。5次催化反应的收率也相对稳定。因此，作者认为他们买的钯碳催化剂可以回收使用，至少用5次是没有问题的。

图片来源：Org. Process Res. Dev.

这下总算是破案了。原来不同公司的钯碳差别还真大，其微观上的差异直接影响宏观上的反应效果。以后各位同学做金属催化反应时要不要先对催化剂来一套微观表征呢？还是做不出来的时候过个筛网呢？无论如何，当大家实验结果不能稳定重复时，试剂的品质不容忽视。深受催化剂困扰的同学不妨把这篇文献给导师看看，也许研究一下催化剂真能解决工艺的稳定性问题，顺便解决自己的毕业问题。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Defining the Qualities of High-Quality Palladium on Carbon Catalysts for Hydrogenolysis

Conor J. Crawford*, Yan Qiao, Yequn Liu, Dongmei Huang, Wenjun Yan, Peter H. Seeberger, Stefan Oscarson*, and Shuai Chen*

Org. Process Res. Dev., 2021, 25, 1573–1578, DOI: 10.1021/acs.oprd.0c00536

（本文由乐只君子供稿）