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近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所環境與能源納米材料中心在生物質不飽和含氧化合物（乙酰丙酸和肉桂醛等）催化選擇加氫轉變為高附加值化學品及燃料方面取得進展。相關研究成果分別發表在Catalysis Communications (Catal. Commun. 93, 10-14 (2017))，以及RSC Advances (RSC Adv. 7 21107-21113 (2017))上。
利用“加氫去氧”策略是催化轉變提升原材料品質的關鍵技術。在催化反應中，催化劑的利用及反應的條件關系到相關技術能否得以實際應用。當前，應用于此類催化反應的催化劑主要為負載型金屬催化劑，但催化劑的制備存在成本較高、過程復雜、催化反應條件苛刻（需要高溫高壓）和催化劑分離困難等問題，限制了這些催化劑的廣泛應用。因此，利用簡單、高效和綠色的方法，在溫和的反應條件下合成具有高活性和選擇性的催化劑，應用于不飽和含氧化合物的選擇加氫轉變反應中，引起了研究者的廣泛關注。
該中心科研人員利用金屬與載體前驅體不同的還原電勢差引發的氧化還原反應，一步合成了載體包覆型金屬催化劑（Pd/CeO2和Pt/Fe3O4催化劑）（圖1(a)和 (b)），采用此方法合成的金屬納米顆粒尺寸較小，均勻分散在載體的表面或晶格中，有利于反應物和H2在其表面吸附、活化及反應。
圖1. (a) Pd(5.82)/CeO2催化劑和(b) Pt/Fe3O4(100) 催化劑的TEM圖
此外，具有優異電子調變性能的載體（CeO2和Fe3O4）能有效調節催化劑金屬表面的電子結構，進而改善催化劑的催化活性、選擇性和穩定性。實驗結果表明，載體包覆型金屬催化劑在催化不飽和含氧化物選擇加氫反應中表現出良好的活性和選擇性，在溫和的反應條件下，乙酰丙酸可以完全轉變為g-戊內酯（圖2(a)），肉桂醛可以選擇加氫轉變為肉桂醇，其轉化率和選擇性分別為94.2%和92.2%。該研究工作采用簡單又綠色的方法構筑催化劑并應用于生物質不飽和含氧化合物的選擇催化加氫反應中，為生物質高效轉化的實際應用奠定了一定的理論基礎。
圖2. (a) Pd/CeO2催化劑對乙酰丙酸的催化加氫性能研究和(b) Pt/Fe3O4催化劑對肉桂醛選擇催化加氫性能研究
該研究工作得到中科院裝備研制項目、國家自然科學基金、中科院百人計劃及國際創新團隊項目的資助。 |
