近日，山西大學化學化工學院青年教師張明以第一作者在《Nature Communication》（《自然·通訊》）期刊發表了題為“Pickering emulsion droplet-based biomimeticmicroreactors for continuous flow cascadereactions”的研究論文，楊恆權教授為通訊作者。
高光學純手性化學品的綠色製造是國家的重大需求。目前，工業上主要的技術瓶頸在於缺乏高選擇性催化劑、綠色反應介質以及高穩定性連續化反應工藝。課題組在前期乳液催化研究的基礎上，針對高光學純氰醇工業合成的問題，借鑑仿生學原理，以多孔氧化矽奈米球作為次級限域空間負載金屬配合物和酶雙催化劑，進一步將次級限域空間組裝在IL/O型Pickering乳滴內，從而構建了Pickering乳滴類細胞催化微反應器。該體系具有良好的限域作用，不僅能夠將化學和酶兩種不相容的催化劑有效地隔離開，還保持彼此之間的中間物種傳輸，而且透過在乳滴微空間內精細控制催化劑活性中心的比例和數量，實現多步催化反應在動力學及熱力學上的高效耦合。反應結果表明，手性TiIV(Salen)配合物和脂肪酶CALB雙催化劑製備手性氰醇衍生物的串聯反應在固定床上能夠連續執行240個小時以上，產物的光學純度始終保持在99%以上，轉化率保持在90%以上，其催化效率可達傳統間歇式反應的5-420倍以上。理論模擬表明，乳滴的限域效應和底物富集效應是其反應高效提高的原因，與實驗結果一致。該項研究突破了傳統催化劑設計思路，採用了綠色反應介質，開發出了連續流動的工藝，為手性化合物的製備奠定了科學和技術基礎。
張明系該校留校工作的青年教師，近年來在楊恆權教授的指導下致力於高效綠色催化體系研究，取得了重要研究成果（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 17387;J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 10173），建立的Pickering乳液固定床催化體系被美國化學工程新聞（C&EN）作為亮點報道，已被國內外多家科研單位所採用，同時在工業界產生了一定的影響。
該項工作得到國家自然科學基金傑青、重點及青年等專案資助。（通訊員：山西大學張穎）
