马隆龙教授&刘琪英研究员ACS Catal：Ni-WOX/C催化剂上纤维素氢解用于选择性生产C3-C4酮醇- 大数跨境

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马隆龙教授&刘琪英研究员ACS Catal：Ni-WOX/C催化剂上纤维素氢解用于选择性生产C3-C4酮醇

科学材料站

2020-09-14

导读：本文将Ni-WOx/C催化剂推广到一锅还原-碳化法制备，考察了金属Ni与双官能化WOx的协同作用下纤维素通过选择性裂解C-C和C-O键转化为C3-C4酮醇的催化性能。

文章信息

Ni-WOX/C催化剂上纤维素氢解用于选择性生产C3-C4酮醇

第一作者：Haiyong Wang

通讯作者：马隆龙，刘琪英

单位：中科院广州能源研究所

研究背景

由于化石资源的过度利用和日益严重的环境污染问题，利用石油资源生产大宗化学品和燃料是学术界和工业界的一个重要方面。纤维素是纤维素生物质中含量最丰富的成分。它是唯一的可再生碳源，可用于生产高附加值的燃料和化学品。它主要来自草、农业和木材废料，不能作为食物被人类消化。因此，它的使用将避免与食品供应的竞争。酮醇传统上是由化石资源经过多步骤生产的，由于其含有羰基和羟基，被认为是合成各种高附加值精细化学品的重要中间体。但从纤维素中选择性地生产酮醇仍然是一个挑战。

在贵金属催化剂作用下，纤维素氢解的主要产物是C1-C6醇。金属催化剂过度的加氢性能使得C=O键难以保留，主要是得到多元醇等产物。而且由于纤维素的转化涉及到一个庞大的反应网络，酸碱中心与金属的协同作用，其反应途径和机理尚不清楚。

文章简介

近日，中科院广州能源研究所马隆龙教授，刘琪英研究员在国际知名期刊ACS Catalysis上发表题为“Selective C3-C4 Keto-alcohols Production from Cellulose Hydrogenolysis over Ni-WOx/C Catalysts”的文章.

本文将Ni-WOx/C催化剂推广到一锅还原-碳化法制备，考察了金属Ni与双官能化WOx的协同作用下纤维素通过选择性裂解C-C和C-O键转化为C3-C4酮醇的催化性能。详细讨论了Ni-W多功能催化剂的结构性能关系。阐明了目标产物的形成途径。Ni-O-W-Vö界面上相邻的-OH和-C=O基团的稳定化是产生选择性酮醇的关键。

本文要点

要点一：实验结果显示，酮醇的产率强烈依赖于W/Ni比和催化剂退火温度。在碱性/酸性WOx物种和金属镍的最佳平衡下，酮醇的产率最高，为63%。

要点二：Ni的引入促进了碱性W5+位的形成，促进了Ni-WOx界面碱性位的形成。此外，碱性W5+和酸性氧空位(Vö)之间的协同作用可以激活目标C-O/C=O键，在界面Ni的辅助下促进葡萄糖和C3-C4醛中间体的异构化。

要点三：Ni-O-W-Vö界面上-OH和-C=O基团的协同吸附稳定了相邻的酮和羟基，保留了其他羟基进行氢解，得到了最终的C3-C4酮醇。

该研究工作拓展了纤维素生物质的应用范围，使得以木质生物质为原料绿色、可持续地合成高价值的C3-C4酮醇产品成为可能。

文章链接

Selective C3-C4 Keto-alcohols Production from Cellulose Hydrogenolysis over Ni-WOx/C Catalysts

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02375

通讯作者介绍

马隆龙，男，博士，研究员，博士生导师。

1994年至1995年在意大利ENEA Trisaia研究中心做高级访问学者。2002年进入中科院广州能源研究所至今，历任研究员、副所长、党委书记、所长。973项目首席科学家。中国科技大学兼职教授、博导，天津大学兼职教授、博导，东南大学兼职教授、博导。“十二五”863计划“农林生物质高效转化技术”主题专家组专家，“十三五”国家重点研发计划“可再生能源与氢能重点专项”专家组专家,生物质能源产业技术创新战略联盟理事长，国家能源生物燃料中心主任，中国可再生能源学会生物质能专业委员会副主任委员。

研究领域

（1）生物水相催化转化理论基础研究

（2）生物质热解、气化及发电

（3）生物质全组分高效转与利用。

刘琪英，理学博士，研究员，硕导

从事生物质转化为高值燃料与化学品的研究开发工作和高效固体催化剂的研制。在生物质催化转化和纳米催化材料等领域发表论文30余篇，其中SCI/EI收录20余篇，申请发明专利7件。