【催化】曲阜师大/中国科大ACS Catal封面：适度氢溢流介导的接力催化实现木质素定向加氢转化- 大数跨境

【催化】曲阜师大/中国科大ACS Catal封面：适度氢溢流介导的接力催化实现木质素定向加氢转化

X-MOL资讯

2024-03-09

导读：曲阜师范大学应安国、刘中秋和中国科学技术大学张晓隆等报道了一种接力催化策略，制备了一种具有Ni-Cu合金和氧空位的Ni-Cu/Nb2O5@Fe3O4用于催化桦木木质素高选择性加氢裂化。

近年来，人们广泛采用各种方法制备木质素衍生的酚类单体化合物，包括氧化、水解和催化加氢裂化等。在上述策略中，催化加氢裂化是实现木质素定向转化为酚类单体化合物中最有效的方法之一。活性氢在催化加氢裂化中起到至关重要的作用，且目前氢溢流是产生活性氢最重要的策略之一。然而，在富氢气氛中，有效地利用氢溢流将木质素解聚成酚类单体化合物，同时避免芳环的过度氢化仍然是一个挑战。

研究人员认为，在木质素的催化加氢裂解中，通过适度的氢溢流可以有效地实现C-O桥键的选择性断裂并抑制芳环的氢化。Cu物种界面或电子结构的重构是最近研究的主题，旨在增强其对氢溢流的本征催化惰性。此外，在木质素催化加氢裂化过程中，通过阻止芳环与活性氢之间的相互作用可以有效地抑制芳环氢化。因此，开发一种智能催化系统，增强Cu物种对适度氢溢流的本征催化惰性，同时防止芳环氢化，已成为新的研究热点。

近日，曲阜师范大学应安国、刘中秋和中国科学技术大学张晓隆等报道了一种接力催化策略，制备了一种具有Ni-Cu合金和氧空位的Ni-Cu/Nb₂O₅@Fe₃O₄用于催化桦木木质素高选择性加氢裂化。这种接力催化策略利用适度的氢溢流和Lewis酸性中心为主导，即通过重构Ni-Cu合金中Ni和Cu物种的本征催化性能和氧空位接力催化实现。

实验结果表明，这种接力催化剂在桦木木质素的加氢解聚中表现出优异的性能，在温和的反应条件下表现出58 wt%的酚类单体化合物收率。此外，该催化剂在6次循环后仍保持优异的催化活性，并且可以使用外部磁铁高效地分离。

Ni-Cu/Nb₂O₅@Fe₃O₄催化桦木木质素加氢裂化产物中含量最高的是苯酚和4-乙基苯酚。根据这两个例子，研究人员提出了它们形成的可能的接力催化机制：合金中的电子转移显著提高了Cu物种的本征催化惰性，同时降低了Ni物种对适度氢溢出的本征催化活性。此外，Ni和Cu的相互合金化生成了中等强度的路易斯酸性，因此适度的氢溢流促进了活性氢向氧空位的转移，继而将活性氢限域于该空位中。随后，由此产生的活性氢和路易斯酸性位点协同促进氧桥键的选择性断裂，导致形成具有不同程度的甲氧基取代基的邻甲氧基苯酚和4-乙基-2-甲氧基苯酚中间体。此外，氧空位与中等强度的路易斯酸性位点接力使得能够在甲氧基取代基中的特定氧原子上精确解离Ph-OMe键，从而能够产生苯酚和4-乙基苯酚。在整个反应过程中，Ni物种的电子重构增强了其锚定芳环的能力，从而对芳环的氢化产生了更明显的抑制作用。

该论文受到主编、审稿人和编辑部的高度评价，被选为ACS Catalysis期刊的封面论文。文章的第一作者为曲阜师范大学刘中秋副教授与虞园园硕士生（现在华东理工大学攻读博士学位），通讯作者为曲阜师范大学应安国教授与中国科学技术大学张晓隆博士。特别感谢厦门大学王野教授对论文框架提出的宝贵意见。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Unlocking Birch Lignin Hydrocracking through Tandem Catalysis: Unraveling the Role of Moderate Hydrogen Spillover

Zhong-Qiu Liu, Yuan-Yuan Yu, Yu-Jing Liu, An-Guo Ying*, Xiao-Long Zhang*, and Ye Wang

ACS Catal., 2024, 14, 2115–2126, DOI: 10.1021/acscatal.3c04721

应安国教授简介

应安国，男，工学博士，教授（三级），博士生导师，浙江省高校中青年学科带头人。2018年12月以化工学科带头人身份加盟曲阜师范大学化学与化工学院。研究领域：磁性负载催化剂和介孔聚合离子液体的设计、开发与应用；乳液两相催化剂的设计与应用；绿色微反应和微通道连续有机反应研究；精细化学品开发；药物合成；化工新型分离技术的开发和应用。主持国家自然科学基金面上项目3项、国家自然科学基金青年基金项目1项、国家博士后基金项目1项、科技厅项目等7项；以第一作者或通讯作者在ACS Catalysis、Energy Storage Materials、Chemical Engineering Journal、Small、Journal of Materials Chemistry A、Journal of Catalysis、Journal of Cleaner Production、Desalination、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Fuel、Fuel Processing Technology等期刊上发表学术论文60余篇。

团队课题组网址：

https://www.x-mol.com/groups/Ying_Anguo

刘中秋副教授简介

刘中秋，男，工学博士，曲阜师范大学副教授，硕士生导师。2018年毕业中国矿业大学，获化学工艺学博士学位，同年加入曲阜师范大学化学与化工学院工作。研究领域：煤/生物质清洁高效转化等。主持国家自然科学基金青年基金、山东省高等学校“青年创新团队”项目、科技厅项目等7项，参与国家自然科学基金重点项目和面上项目4项；以第一作者或通讯作者在ACS Catalysis、Chemical Engineering Journal、Journal of Catalysis、Journal of Cleaner Production、Fuel、Fuel Processing Technology等能源相关期刊上发表学术论文30余篇。

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