近日，化學(xué)工程學(xué)院生物質(zhì)化工團(tuán)隊(duì)在催化提質(zhì)生物質(zhì)基平臺化合物5-羥甲基糠醛加氫脫氧制備2,5-二甲基呋喃方面取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Coupling Cu+Species and Zr Single Atoms for Synergetic Catalytic Transfer Hydrodeoxygenation of 5?Hydroxymethylfurfural”為題發(fā)表在美國化學(xué)會催化領(lǐng)域旗艦期刊《ACS Catalysis》上。昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院為論文第一通訊單位，彭林才教授、研究生于逸軒和劉淮博士為論文主要作者。
生物質(zhì)基平臺化合物5-羥甲基糠醛（HMF）經(jīng)加氫脫氧制備的2,5-二甲基呋喃（DMF）具有能量密度高、辛烷值高和黏度低等優(yōu)點(diǎn)，是理想的內(nèi)燃機(jī)清潔燃料添加劑。然而，該轉(zhuǎn)化過程包含HMF側(cè)鏈C=O鍵的選擇性加氫以及后續(xù)C-O鍵的選擇性斷裂，同時(shí)應(yīng)避免對呋喃環(huán)的加氫和C-C鍵的斷裂，因此如何高選擇性地催化HMF加氫脫氧制備DMF仍極具挑戰(zhàn)性。
基于此，生物質(zhì)化工團(tuán)隊(duì)提出通過將原子分散的Zr物種引入到CuOx基體中（Cu10Zr0.39Ox），發(fā)現(xiàn)可以顯著提高其催化HMF轉(zhuǎn)移加氫脫氧制備DMF的催化活性和穩(wěn)定性。Cu10Zr0.39Ox催化劑幾乎可以實(shí)現(xiàn)定量的DMF產(chǎn)率，且DMF生成速率可達(dá)8.1 mmolDMF.gcat?1.h?1，優(yōu)于現(xiàn)有報(bào)道催化HMF轉(zhuǎn)移加氫脫氧制備DMF的催化反應(yīng)體系。實(shí)驗(yàn)表征和理論計(jì)算表明：摻雜的Zr單原子和CuOx之間的電子相互作用能夠誘導(dǎo)生成充足且穩(wěn)定的Cu+物種，同時(shí)單原子Zr物種促進(jìn)底物的吸附和活化，并與Cu+協(xié)同降低HMF制備DMF過程的反應(yīng)能壘。此外，Cu10Zr0.39Ox催化劑在加氫脫氧反應(yīng)中表現(xiàn)出良好的通用性和循環(huán)使用性能。本研究可為通過單原子摻雜策略設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的Cu基催化劑用于生物質(zhì)基平臺化合物催化提質(zhì)提供新思路。
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目、云南省“興滇英才支持計(jì)劃”青年人才專項(xiàng)和昆明理工大學(xué)“雙一流”科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c00763
