水性环境中ppm级钯纳米颗粒的可定制回收及其对硝基芳烃化学选择性氢化的绿色催化研究

研究人员针对传统硝基芳烃还原过程中存在的有机溶剂依赖、高金属负载及环境污染等问题，开发了一种非负载型ppm级纳米钯催化体系。该体系在水相中实现室温高效氢化，催化周转频率达27062 h?1 ，优于Pd/C及现有Pd/Pt/Ru基催化剂，且无需分散剂或高压氢气，总钯浸出量<0.1 ppm。这项研究为绿色催化系统设计提供了新范式。

　　

在染料、电子和制药工业中，苯胺衍生物是合成诸如镇静剂Phenibut、兴奋剂Adderall和抗癌药Vismodegib等重磅药物的关键中间体。传统硝基芳烃还原方法如Béchamp法需使用腐蚀性盐酸和过量铁粉，产生大量废弃物；而贵金属催化剂虽活性高却选择性差，金/银催化剂又面临氢活化能力不足的瓶颈。更棘手的是，现有技术往往依赖有机溶剂（如CH_{34
）或高温高压条件（5.0 MPa H2
，120℃），这与绿色化学理念背道而驰。}

河南工业大学的研究团队在《Journal of Catalysis》发表的研究中，提出了一种革命性解决方案：通过设计具有强疏水性和超高稳定性的钯纳米颗粒（Pd NPs），首次实现了水相中ppm级（百万分之一）钯催化的硝基芳烃化学选择性氢化。这项工作的核心突破在于，催化剂在室温、无分散剂条件下即可高效运行，催化周转频率（TOF）高达27062 h^?1
，远超传统Pd/C催化剂，甚至创下已报道Pd/Pt/Ru基催化剂的活性新纪录。更引人注目的是，该体系无需相转移试剂、有机酸或高压氢气，反应后钯浸出量低于0.1 ppm，五次循环后仍保持高效。

关键技术方法包括：1）疏水性单层保护钯纳米颗粒的精准设计；2）水相中室温氢化反应条件优化；3）电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）监测金属浸出；4）催化剂循环稳定性测试。

【结果与讨论】

1. 催化剂设计原理：通过调控金属核与有机保护层的协同作用，创制出兼具高活性和选择性的Pd NPs。载体与金属间的强相互作用维持了氧化还原态，这是超高TOF的关键。
2. 性能对比：在硝基苯氢化中，该催化剂TOF是Pd/C的3倍以上，且对羰基、氰基等敏感基团展现优异化学选择性。
3. 绿色优势：全过程避免有机溶剂，后处理简单，钯残留量（<0.1 ppm）远低于欧盟标准（5 ppm）。

【结论】
这项研究颠覆了传统硝基还原的范式：1）首次证明ppm级Pd NPs可实现工业级催化效率；2）阐明了载体-金属电子转移对活性的调控机制；3）建立的"水相-室温-无添加剂"体系为绿色制药工艺提供模板。正如作者Yun-Tao Xia强调的，该技术有望在染料、农药和API（活性药物成分）合成中替代高危工艺，其经济性（钯用量降低1000倍）和可持续性（水为唯一溶剂）具有产业化潜力。

研究还留下有趣悬念：单层保护基团的精确结构尚未完全解析，这为后续催化剂理性设计指明方向。正如文中指出的，这种"少即是多"（less is more）的策略或将引领下一代绿色催化剂的开发浪潮。