2 сентября 2021 г. Обзор Алекса Смита

Биомасса и ее производные широко распространены и могут быть преобразованы в химикаты и топливо с высокой добавленной стоимостью. Этот процесс рассматривается как потенциальный зеленый путь снижения зависимости от традиционных ископаемых ресурсов.

Пиролиз лигноцеллюлозы – один из таких процессов, который превратился в экологически чистое и экономичное средство массового производства биомасла для замены ископаемого топлива. Тем не менее, биомасла, произведенные таким образом, содержат много кислорода и, таким образом, обладают относительно низкой плотностью энергии. Это может привести к повреждению двигателей. Поэтому каталитическая гидродеоксигенация (HDO) используется для улучшения биомасел с высокой плотностью энергии за счет избирательного удаления содержания кислорода.

Ванилин, продукт прямого пиролиза лигноцеллюлозы, может быть повышен до 2-метокси-4-метилфенола (ММП) с помощью HDO. Полученный в результате MMP имеет широкое применение в качестве топлива с высокой плотностью энергии, а также в качестве жизненно важного промежуточного продукта для производства ароматизаторов и лекарств. Следовательно, создание эффективных катализаторов на основе неблагородных металлов, которые могут селективно превращать HDO-ванилин в ММП в воде, имеет важное значение.

Синергетический эффект катализаторов на основе легированных наночастиц (НЧ) благоприятно используется для значительного повышения характеристик катализатора для продвижения биомассы и производных биомассы в топлива и химикаты высокой ценности. Обычно металлы VIII группы (Ni, Rh, Ru, Pt, Pd) обладают большей каталитической активностью в отношении гидрирования ненасыщенных связей C = O и связей C = C.

Таким образом, катализаторы на основе неблагородного никеля в основном используются для катализа реакций HDO; однако они демонстрируют ограниченную селективность по отношению к бескислородным продуктам. Эффективной стратегией для улучшения деоксигенационной активности и селективности катализаторов на основе никеля является объединение никеля с другими металлами для создания наночастиц сплава.

Исследователи во главе с профессором Хуйцзюнь Чжао из Института физики твердого тела, HFIPS, CAS, Китай, объявили о контролируемом синтезе отдельных наночастиц сплава Ni-Co, ограниченных углеродными нанотрубками, легированными азотом (N-CNT), и их применении в качестве эффективных HDO. катализатор для превращения ванилина, его производных и других ароматических альдегидов в соответствующие ММП и деоксигенированные продукты.

Полученные данные показывают, что катализатор на основе наночастиц из сплава Ni-Co ([email protected] / CMF) может полностью преобразовывать ванилин в ММП со 100% селективностью в мягких условиях реакции, превосходя сообщенные высокоэффективные недрагоценные катализаторы HDO.

Примечательно, что катализатор демонстрирует превосходные каталитические характеристики HDO по отношению к широкому спектру производных ванилина и других ароматических альдегидов со 100% эффективностью преобразования и высокой селективностью (91,5% –100%).

Расчеты DFT и экспериментальные результаты подтверждают, что достигнутая выдающаяся каталитическая эффективность HDO обусловлена ​​сильно ускоренной селективной адсорбцией и активацией C = O и десорбцией активированных разновидностей водорода за счет синергизма легированных наночастиц Ni-Co. Результаты этого исследования выдвинули новую стратегию разработки и создания эффективных катализаторов на основе переходных металлов для реакций HDO в воде.

Ссылка на журнал:

Wang, D., и др. . (2021) Инкапсулированные наночастицы сплава Ni-Co в качестве эффективного катализатора гидродеоксигенации производных биомассы в воде. Китайский журнал катализа . doi.org/10.1016/S1872-2067(21)63828-7.

Источник: http://english.dicp.cas.cn/[19459007visible