近日，山西煤化所张斌研究员团队与山西大学张淑芳博士等研究人员合作，成功开发了一种新型Pd-Au/TiO₂双金属催化剂，在二元醇有氧氧化制备内酯的反应中取得了重要研究进展。该研究通过精准构筑Pd-Au原子级界面位点，首次揭示了氧插入驱动的全新反应机理，实现了内酯类化合物的高效绿色合成。研究成果以“Oxygen Insertion-Driven Aerobic Oxidation of Diols over Pd Atomic layers on Au decahedra”为题发表于Journal of the American Chemical Society（JACS）期刊。

内酯是食品香料、医药中间体、生物可降解聚酯及绿色溶剂等领域的重要原料。传统生产依赖高温二醇脱氢，能耗高且选择性受限。有氧氧化路线虽热力学有利，但催化效率和选择性难满足工业化要求。研究团队开发出具有强Pd-Au界面作用的Pd-Au/TiO₂双金属催化剂，在1,4-丁二醇有氧氧化制γ-丁内酯反应中，转化率达98.7%，选择性为96.0%，转换频率（TOF）高达22038 h⁻¹，远超目前已报道的同类催化剂。

¹⁸O₂同位素标记实验呈现显著的动力学同位素效应（KIE=3.42），并检测到高比例单¹⁸O标记的中间体和产物。与传统的Pd催化机理迥异。结合原位表征和理论模拟，团队提出了全新的氧插入反应机理。即活性氧物种直接插入醇的α-C-H键生成COO*中间体，继而发生C-O键断裂（决速步）并分子内环化，为醇类有氧氧化反应机理的理解提供了全新视角。该催化体系具有较高的稳定性和底物普适性，可高效转化1,5-戊二醇、1,6-己二醇以及含有醚键、碳碳双键和芳香环等多种功能性基团的二元醇。