【催化】双位点介孔分子筛高效催化生物质制共轭烯烃- 大数跨境

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2022-10-24

导读：英国曼彻斯特大学的杨四海教授课题组开发了一类含铌（V）和铝（III）的双位点新型介孔分子筛，通过铌（V）位点和布朗斯特酸的协同作用，在275 ℃，常压条件下，通过固定床反应可以将2-甲基四氢呋喃进一步

全球“碳中和”目标的提出促进了对木质纤维素生物质等可再生资源向液体燃料和化学原料的转化利用。1,3-戊二烯是合成各种粘合剂、塑料、树脂等一系列精细化工产品的关键组成部分。目前，1,3-戊二烯主要由不可再生的化石燃料催化裂解制得。在化石燃料枯竭的未来，可再生的生物质具有解决环境问题的巨大潜力以及减轻人类对化石燃料的依赖。植物可以通过光合作用将二氧化碳和水转化为纤维素、半纤维素和木质素等。生物质通过简单高效的工业过程可以转化为重要的平台化合物2-甲基四氢呋喃，而将2-甲基四氢呋喃进一步转化为1,3-戊二烯则是连接生物质到化石产品的桥梁。

图1. 2-甲基四氢呋喃催化转化制戊二烯

近日，英国曼彻斯特大学的杨四海教授课题组开发了一类含铌（V）和铝（III）的双位点新型介孔分子筛（NbAl-MCM-41），通过铌（V）位点和布朗斯特酸的协同作用，在275 ℃，常压条件下，通过固定床反应可以将2-甲基四氢呋喃进一步转化为戊二烯，选择性高达91%。

图2. 通过原位同步辐射X-光吸收谱和固体核磁谱对NbAl-MCM-41 的对2-甲基四氢呋喃吸附位点的研究

该研究团队采用一系列原位技术对分子筛结构、2-甲基四氢呋喃的吸附位点、活化过程和催化机理做出了精确的实验表征。其中，电子顺磁共振谱验证了铌（V）和铝（III）被同时引入分子筛骨架T型位点，这是NbAl-MCM-41中产生协同作用的基础。铌（V）和铝（III）的同时引入，使得NbAl-MCM-41同时具有路易斯酸和布朗斯特酸位点，且分子筛骨架酸性以及催化活性可以进行精细调控。固体核磁谱验证了铌（V）对2-甲基四氢呋喃活化作用，原位同步辐射X-光吸收谱揭示了铌（V）的配位环境在反应过程中的变化，原位漫反射红外谱对反应中生成的中间体进行了监测。

图3. 原位漫反射红外谱对反应中间体的研究

小结

在该工作中，杨四海教授团队首次设计合成了含骨架铌铝双活性位点的介孔分子筛材料，可以应用于高效催化转化生物质衍生物2-甲基四氢呋喃制备戊二烯。该工作为新型介孔材料的设计和开发提供方法和思路。相关工作发表在Angewandte Chemie 上，文章的第一作者是曼彻斯特大学的博士生樊梦天。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Bimetallic Aluminum- and Niobium-Doped MCM-41 for Efficient Conversion of Biomass-Derived 2-Methyltetrahydrofuran to Pentadienes

Mengtian Fan, Shaojun Xu, Bing An, Alena M Sheveleva, Alexander Betts, Joseph Hurd, Zhaodong Zhu, Meng He, Dinu Iuga, Longfei Lin, Xinchen Kang, Christopher M A Parlett, Floriana Tuna, Eric JL McInnes, Luke L Keenan, Daniel Lee, Martin P Attfield, Sihai Yang

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202212164

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