RuCl3 –FeCl3 /C双金属催化体系在氟化烯烃硅氢加成反应中的高效协同机制与动力学研究

针对传统Pt基催化剂在氟化烯烃硅氢加成反应中成本高、回收难的问题，研究人员开发了RuCl3 –FeCl3 /C双金属负载型催化剂，通过Fe3+ 电子缓冲效应稳定Ru3+ 活性中心，首轮产率提升至79%，循环稳定性达76%以上，表观活化能降低至21 kJ/mol，为工业级氟硅材料绿色合成提供了新策略。

　　

在有机硅化学领域，硅氢加成反应（hydrosilylation）是构建碳-硅键的核心技术，广泛应用于表面改性、电子器件和特种涂层。然而，当底物为氟化烯烃时，其强吸电子效应和空间位阻导致传统铂（Pt）基催化剂面临产率低（<1%）、成本高昂且难以循环的瓶颈。尽管钌（Ru）基催化剂展现出替代潜力，但Ru³⁺
易还原为无活性的Ru⁰
，且氟化体系反应动力学能垒较高。针对这一挑战，来自常州市凌达化工有限公司的研究团队在《Materials Chemistry and Physics》发表论文，通过构建RuCl₃
–FeCl₃
/C双金属催化体系，揭示了铁离子对钌活性中心的稳定机制，为工业级氟硅材料合成提供了高效解决方案。

研究团队采用浸渍-冷冻干燥法制备系列负载型催化剂，通过气相色谱（GC）、X射线光电子能谱（XPS）和动力学分析等手段，系统比较了活性碳（C）、α-Al₂
O₃
、γ-Al₂
O₃
和ZSM-5载体对全氟己基乙烯（HPFO）与三甲氧基硅烷反应的催化性能差异，并引入FeCl₃
构建双金属协同体系。

载体与负载量效应
实验发现5 wt% RuCl₃
/C的首轮产率达58%，显著优于其他载体。α-Al₂
O₃
因低比表面积导致金属分散度不足，而ZSM-5的微孔结构阻碍底物扩散。负载量低于2 wt%时，活性位点不足；超过5 wt%则引发金属团聚。

双金属协同机制
当Ru:Fe摩尔比为1:3时，产率跃升至79%。XPS分析显示Fe³⁺
通过形成[Ru³⁺
-Cl-Fe³⁺
]电子缓冲网络，将Ru³⁺
还原电位正移0.8 eV，抑制其转化为Ru⁰
。这种配位环境使催化剂循环三次后活性保持76%，远超单金属体系（51%）。

动力学突破
Arrhenius模型计算表明，双金属体系将表观活化能从31 kJ/mol降至21 kJ/mol。同位素标记实验证实Fe³⁺
通过极化Si-H键加速其异裂，而Ru³⁺
主要活化C=C键，二者协同降低决速步能垒。

该研究不仅阐明了Fe³⁺
对Ru活性中心的电子调控机制，更开发出兼具高活性（TOF=158 h^-1
）与稳定性的工业催化体系。相比传统Karstedt催化剂（成本降低60%），该技术为含氟硅油、防水剂等特种材料的大规模生产提供了新路径。未来通过调控载体孔径分布和金属配位微环境，有望进一步拓展其在不对称硅氢加成中的应用。