【文献解读】Fuel: RuNi双金属催化愈创木酚的加氢脱氧反应

背景介绍

贵金属Ru是生物质工业化应用中常见的催化剂，其对纤维素、硬脂酸和木质素具有良好的加氢脱氧(HDO)性能。但Ru价格昂贵，限制了其进一步应用。通过向Ru中掺杂第二种廉价金属形成Ru基双金属催化剂不但可以降低催化剂成本，还能产生协同效应调整催化性能。

基于此，来自广东工业大学的舒日洋，新罕布什尔大学的Yong Liu等选用愈创木酚作为反应物，通过实验和DFT计算相结合，探究RuNi双金属催化剂对愈创木酚HDO高反应活性的原因，以扩大双金属RuNi催化剂的应用范围。

图文精读

首先，作者对制备的RuNi双金属催化剂进行表征。TEM结果显示(图3a,b)，纳米金属颗粒均匀地分布在载体表面上。通过HRTEM(图3c)检测出两个不同的晶格条纹，分别对应Ru（0001）晶面和Ni(111)晶面，表明具备RuNi双金属特性的催化剂被成功制备出来。

随后作者研究了单金属Ru, Ni以及双金属RuNi催化剂对愈创木酚HDO的效果，结果如表1所示。相比于单金属Ru和Ni, RuNi双金属催化剂展现出更好的催化活性，愈创木酚的转化率和碳氢化合物的选择性分别达到99%和100%。需要注意的是，在较低的温度条件下(240 °C), RuNi双金属对愈创木酚的转化率达仍然维持在99%，但对碳氢化合物的选择性却从100%减低到了37.2%。

反应物在催化剂表面上的吸附是催化反应发生的第一步，催化剂对反应物的吸附性能直接影响了其反应活性。基于此，作者通过研究愈创木酚在Ru(0001), Ni(111), RuNi(0001)表面的吸附结构来探究RuNi双金属催化剂可以提高愈创木酚反应活性的机理。

DFT计算结果表明，愈创木酚在Ru(0001), Ni(111), RuNi(0001)表面的吸附能分别为−2.83, −2.01和−2.94 eV；三者d带中心能量平均值分别为−1.44 eV, −1.38 eV 和−1.29 eV，说明RuNi(0001)的d带更接近费米能级。吸附能和d带中心能量平均值计算同时表明愈创木酚在RuNi(0001)上吸附结构更稳定。

此外，计算发现由Ru(0001), Ni(111), RuNi(0001)转移到愈创木酚的电子数量分别为0.35, 0.27和 0.36，证实了Ru和Ni金属间存在协同作用，从而提高了对愈创木酚反应的活性。

此外，作者还进行了催化剂对愈创木酚吸附的实验研究。结果如图7所示。双金属催化剂对愈创木酚的吸附性能优于单金属催化剂，与DFT计算结果一致。

总结

本文通过研究愈创木酚在不同催化剂表面上的吸附，从而揭示双金属RuNi比单金属具有对愈创木酚更高的HDO活性的机理，为双金属催化剂的 实际应用提供有价值的参考。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118758

往期推荐