Trans Tianjin Univ |水滑石衍生催化剂在生物质平台化合物催化转化中的应用

＋

文章信息

Zhe-Hui Zhang, Zhuohua Sun,Tong-Qi Yuan. Recent Advances in the Catalytic Upgrading of Biomass Platform Chemicals Via Hydrotalcite-Derived Metal Catalysts. Trans Tianjin Univ, 2022: https://doi.org/10.1007/s12209-021-00307-6.

扫描二维码 可直接下载本文

https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-021-00307-6

＋

本文亮点

1. 本文重点介绍了水滑石衍生催化剂在生物质平台化合物升级转化方面的应用。

2. 综述了水滑石衍生金属催化剂在反应中的金属-载体相互作用。

＋

背景及意义

水滑石是一种阴离子层状化合物，具有特殊的层状双氢氧化物结构。它的一般结构式可以表示为[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+A^n-1_x/n·mH₂O，其中M²⁺和M³⁺为二价和三价金属离子，A^n-为中间层阴离子，阴离子物质和夹层中的水在层中间形成氢键。由于水滑石特殊的结构，导致其拥有独特的性能，包括：（1）良好的吸附能力；（2）优异的阳离子交换能力；（3）可调的表面碱性；（4）阳离子的分散较为均匀。

水滑石本身就是一种良好的固体碱催化剂，已经广泛的用于催化剂载体。而且，水滑石经过煅烧后还可以无定形多孔金属氧化物（PMO）。水滑石被广泛用于催化氢化、加氢反应、有机转化等方向。将水滑石作为载体，用于负载金属，制备一系列水滑石衍生金属催化剂，表现出较高的催化活性。水滑石载体和负载的金属之间存在较强的金属-载体相互作用，水滑石载体改善金属在载体的分布，同时其可调控的几何和电子特性也是水滑石衍生金属催化剂良好催化活性的来源。

生物质作为一种天然的、可再生的资源，能够用于能源材料和化学品的生产，但得到的生物基平台化学品必须经过升级和转化才能得到高附加值的生物基化学品。本文对水滑石在生物基平台化学品的升级和转化利用进行了概括总结，并进一步讨论了水滑石基催化剂在反应中金属-载体的相互作用。

图文导读

图1水滑石的结构

生物基平台化学品种类较为丰富，本文选择了糠醛、甘油、羟甲基糠醛（HMF）、乙酰丙酸（LA）、甘油等进行讨论。这几种化学品很容易从生物质原料中制备，其中糠醛可由木糖通过酸催化转化大量得到；甘油作为生产生物柴油的副产品，在生物柴油生产中可以大量得到。

图2 糠醛的升级转化中水滑石基催化剂的应用

图3 水滑石基催化剂用于HMF升级转化制备FDCA和DMF

图4 乙酰丙酸升级转化为GVL中水滑石基催化剂的应用

图5 水滑石基催化剂用于甘油升级转化为多种化学品

图6 用于HMF升级转化的镍基水滑石催化剂表征结果。（a）NiAl-HT和焙烧催化剂（NiAl-CT）的XRD谱图；（b）还原态NiAl-CT催化剂的XRD谱图；（c）NiAl-HT和NiAl-CT的拉曼光谱；（d）傅里叶变换红外（FT-IR）光谱；（e）H₂-TPR和（f）CO-TPD谱图

镍基催化剂的XRD结果证实NiO在水滑石载体中得到均匀分布。同时，在煅烧催化剂中，由于Ni和氧化铝的强相互作用，导致Ni颗粒略有增加。拉曼光谱结果表明Ni很好的结合在氧化铝表面。红外光谱中AlO₄峰强度的变化也证实载体了的转变，表明金属-载体之间的相互作用影响结构的改性。

图7 用于甘油转化甘油酸的Pt-HT催化剂表征结果。（a）原位XANES 光谱；（b）原位 FT-IR 光谱；（c）H₂-TPR 谱图；（d）甘油氧化反应途径。

通过表征结果可以证实水滑石的碱性位点和Pt金属的Pt^δ+位点在甘油的氧化中起协同作用。

通讯作者简介

 孙 卓 华
2018年毕业于荷兰格罗宁根大学，获化学博士学位。2019-2020年于西班牙瓦伦西亚理工大学Avelino Corma 教授课题组从事博士后研究工作。2020年加入北京林业大学，现任北京林业大学材料科学与技术学院教授。在Nature Catalysis, Chemical Reviews，ACS Catalysis等期刊发表多篇学术论文，H-Index指数16。入选国家“海外高层次人才引进计划”青年项目。目前主要研究方向为多孔金属催化剂的制备、表征及其在生物质转化中的应用。

Transactions of Tianjin University

天津大学学报（英文版)

主编：巩金龙

副主编：张铁锐/Rafael Luque/张强

电话 : [phone]
邮箱：[e-mail]

欢迎投稿：https://mc03.manuscriptcentral.com/transtju

《天津大学学报（英文版）》是由教育部主管、天津大学主办的学术性英文期刊，被EI、Scopus等多家国际著名数据库收录。2018年改版为专业刊，重点刊登能源材料、能源化学与化工领域的原创性、创新性研究成果，包括太阳能利用、产氢与储氢、二氧化碳捕获和转化、燃料电池、电池和超级电容器、催化、煤炭和石油的清洁利用、生物燃料、能源政策等主题。本刊与Springer合作出版，在SpringerLink上全文在线，做到了快速审稿和出版。2016年入选“中国科技期刊国际影响力提升计划”，2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”。欢迎大家关注和投稿！

扫描下方二维码即可关注我们~

微信

网站

微博

点击左下角「阅读原文」查看原文

↙↙↙