2,5-HDL、2-HOL等线性醇是聚合物、溶剂及药物制备的关键中间体，羟基特性对产物性能影响显著。传统2,5-HDL生产流程复杂、可持续性差，以生物质衍生的HMF为原料催化转化是前景方案，但HMF官能团多，选择性转化为直链醇存在路径复杂、副反应多、产率低等挑战，亟待开发新型催化剂与工艺提升生物基化学品制造的经济性与可扩展性。
图1. 传统制备2,5-HDL和从HMF一步法制备2,5-HDL的对比
当前2,5-HDL合成多依赖酸性条件，不同底物体系产率差异悬殊，以HMF为原料的一步合成研究少且产率低，核心难题是开发高效催化体系提升选择性。前期研究显示载体对HMF官能团吸附有选择性，Ru、Pd等金属可断呋喃环C-O键，Co基催化剂有氢解潜力。据此，厦门大学曾宪海课题组研发的RuCo/SBA-15双金属催化剂，能一步转化呋喃类化合物为线性醇，产率超80%，其优异性能源Ru与Co对呋喃化合物的吸附效率差异。
本研究通过多种手段表征RuCo/SBA-15催化剂（制备流程：水热合成SBA-15后，湿式浸渍负载Ru、Co并煅烧）。SEM/TEM证实其为棒状介孔结构，表面分散着 Co0（34.04±7.08 nm）与Ru0（3.07±0.55 nm）纳米颗粒，EDS表明元素均匀分布。XAS、XPS及XRD分析均证实催化剂中Ru、Co主要以金属态（Ru0、Co0）共存。氮气吸附-脱附测试显示，该催化剂呈IV型等温线与H3型回滞环的介孔特征，BET比表面积248.9 m2/g、平均孔径10.6 nm，负载金属后比表面积与孔径较SBA-15略有减小，推测因金属颗粒堵塞部分孔道所致。
图2. 催化剂的制备与表征
为实现2,5-HDL高选择性制备，研究评估系列负载型钴基催化剂性能。结果显示，Co/TiO2转化率仅56%；Co/Al2O3、Co/CeO2可使HMF完全转化但无开环产物；硅基载体催化剂能生成目标产物，Co/SBA-15最优，线性醇选择性达10%，证实SBA-15利于开环反应。
对比单、双金属催化剂发现，Ni、Pt等单金属/SBA-15对2,5-HDL选择性低；CuCo、RuCo等双金属/SBA-15选择性显著提升，其中RuCo/SBA-15性能最佳，HMF完全转化时2,5-HDL选择性72%、2-HOL选择性9%。优化得出最优反应参数：温度150ºC、H2压力0.9 MPa、溶剂为1,4-二氧六环，此时产率最高73%。稳定性测试表明，该催化剂间歇使用5次选择性无明显下降，固定床连续运行40小时仅轻微失活，失活源于Co表面氧化及金属轻微浸出；其可高效转化BHMF、5-MF和糠醛等多种底物，线性醇产率均超80%。
图3. 催化活性测试
为探究反应机制，研究结合性能测试、物理混合实验、动力学分析、原位FTIR及DFT计算展开分析，证实Co基与Ru基催化剂功能分工明确且协同互补：Co基催化剂负责将HM经 BHMF氢解生成关键中间体DMF；Ru基催化剂则作为“分子剪刀”，高效活化并切断DMF呋喃环C-O键，实现开环生2,5-HDL和2-HOL。
图4. 控制实验与机理探究
图5. 机理探究（DFT与原位红外）
总结
本研究通过水热合成与湿式浸渍法制备负载型催化剂，结合原位FTIR、DFT计算等手段，首次明确Co对HMF中C=O键、Ru对DMF呋喃环的吸附选择性差异，据此构建一步串联催化体系，实现呋喃类化合物向线性醇的直接转化，目标产物产率超80%，为相关工业化提供高效催化策略与技术支撑。
这一成果近期作为VIP论文发表在Angewandte Chemie International Edition上，厦门大学能源学院博士生于镇东为第一作者，厦门大学曾宪海教授为通讯作者。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Differential Adsorption of Functional Groups by Ru/Co Driving Tandem Catalysis: Converting Furanic Molecules into Linear Alcohols
Zhendong Yu, Shaoyu Yuan, Renjie Huang, Hong Li, Yunchao Feng, Lu Lin, Xianhai Zeng
Angew. Chem. Int. Ed., 2025, DOI: 10.1002/anie.202525488
研究团队介绍
曾宪海，厦门大学/表界面化学全国重点实验室固定PI、能源学院教授、新能源学系主任，并担任福建省生物质清洁高值化技术工程研究中心主任等职务。2019年获福建省杰出青年基金资助，2021年入选教育部人才计划项目。先后主持国家基金区域联合重点项目、国家重点研发计划课题、福建省科技重大专项、企业委托重大项目等科技项目十余项。
