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为解决贵金属催化剂稀缺昂贵问题，研究人员开展不同载体（SiO?、Al?O?、TiO?、ZrO?）对磷化镍催化合成 5 - 甲基 - N - 烷基 - 2 - 吡咯烷酮性能影响的研究。结果表明载体影响催化剂表面镍物种、酸性位点数量等。该研究为开发高效催化剂提供依据。
在化学工业的广阔天地里，寻找绿色、高效且经济的合成路径一直是科研人员不懈追求的目标。乙酰丙酸（Levulinic Acid，LA）作为一种源于生物质的重要平台化合物，备受关注。它可由己糖经酸催化脱水制得，犹如一把神奇的 “钥匙”，能开启通往多种高附加值化合物的大门，像 γ- 戊内酯、α- 当归内酯、琥珀酸等。在众多产物中，5 - 甲基 - N - 烷基 - 2 - 吡咯烷酮（5-methyl-N-alkyl-2-pyrrolidone）有望成为传统有害溶剂 N - 甲基 - 2 - 吡咯烷酮（N-methyl-2-pyrrolidone，NMP）的理想替代品。
然而，目前 NMP 的合成依赖化石资源衍生的原料和贵金属催化剂，成本高且不环保。虽然已有研究探索了多种催化剂用于从 LA 和伯胺合成 5 - 甲基 - N - 烷基 - 2 - 吡咯烷酮，但仍存在诸多问题。例如，使用贵金属催化剂时，载体对催化性能的影响机制尚不明确，且贵金属稀缺昂贵；而镍基催化剂在该反应中的应用研究较少，不同载体对其性能影响的系统研究更是匮乏。
为了深入了解这些问题，来自国外的研究人员（未明确具体研究机构）展开了一项系统研究。他们以 LA 和苯胺、辛胺为原料，通过还原胺化反应合成 5 - 甲基 - N - 烷基 - 2 - 吡咯烷酮，重点探究不同载体（SiO?、Al?O?、TiO?、ZrO? ）对磷化镍（Nickel phosphide）催化剂性能的影响。该研究成果发表在《Applied Catalysis A: General》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们采用 N?吸附 - 脱附技术，分析催化剂及其载体的织构性质；利用 H?程序升温还原（H?-temperature-programmed reduction，H?-TPR）技术，研究催化剂的还原特性；借助 X 射线衍射（X-ray diffraction，XRD）技术，确定催化剂的晶体结构；运用吡啶 - 傅里叶变换红外光谱（pyridine-FTIR）技术，分析催化剂表面的酸性位点；还通过 X 射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）技术，探究催化剂表面元素的化学状态。
研究结果如下：
- 载体对催化剂织构性质的影响：通过 N?吸附 - 脱附表征发现，所有催化剂在负载磷化镍后，比表面积均低于相应载体。且不同催化剂呈现出不同类型的滞后环，NiP/SiO?和 NiP/ZrO? 具有 H1 型滞后环，NiP/TiO?具有 H3 型滞后环，NiP/Al?O?具有 H4 型滞后环，这表明载体显著影响了催化剂的孔结构。
- 载体对反应周转频率（Turnover Frequency，TOF）的影响：在 LA 与苯胺的反应中，生成 5 - 甲基 - 1 - 苯基 - 2 - 吡咯烷酮的 TOF 顺序为：NiP/Al?O? > NiP/ZrO? > NiP/SiO? > NiP/TiO?；在 LA 与辛胺的反应中，生成 5 - 甲基 - N - 辛基 - 2 - 吡咯烷酮的 TOF 顺序为：NiP/ZrO? > NiP/Al?O? > NiP/SiO? > NiP/TiO? 。这说明不同载体对磷化镍催化剂在不同反应中的催化活性影响不同。
- 载体对催化剂表面物种的影响：研究表明，载体影响了催化剂表面磷化镍物种的类型。对于 TiO?载体，其还原条件促进了强金属 - 载体相互作用（Strong Metal-Support Interaction，SMSI）效应在 NiP 颗粒上的发生，进而影响了催化剂的性能。
研究结论和讨论部分指出，载体材料在磷化镍物种的形成过程中起着关键作用。不同载体与磷化镍颗粒之间的相互作用不同，导致生成不同的磷化镍物种，或者在特定载体（如 TiO?）上引发特殊的效应，这些都对还原胺化反应产生了显著影响。该研究为深入理解载体与磷化镍催化剂之间的关系提供了重要依据，有助于开发更高效、经济且环保的催化剂，推动 5 - 甲基 - N - 烷基 - 2 - 吡咯烷酮合成工艺的发展，为绿色化学领域注入新的活力，在生物质转化和可持续化学工业发展方面具有重要意义。
