ChemCatChem:调节强金属载体相互作用(SMSI)促进木质素衍生酚类化合物直接脱氧

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天津大学化工学院祝新利课题组总结了通过改变还原温度、晶相调控、晶面调控、还原混合金属氧化物等方式调节强金属载体相互作用(SMSI)程度,调控金属氧化物-金属界面周边位点的数量与性质,从而显著提高木质素酚类衍生物直接脱氧(DDO)生成芳烃。



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合理有效开发利用木质素生物质是解决当前化石燃料能源缺乏,温室效应及酸雨等环境问题的重要课题。加氢脱氧(HDO)是木质素解聚得到的酚类化合物转化为高附加值燃料或化学品的重要反应。在加氢脱氧反应过程中,存在多条竞争反应路径如加氢、脱氧、异构、脱水、C-C氢解等。其中直接脱氧(DDO)路径,将酚类化合物直接转化为芳烃,具有氢耗低、且产物为重要化学品或燃料分子等优点。金属/可还原金属氧化物已被证明是直接脱氧的有效催化剂,具有高活性及高芳烃选择性。在加氢脱氧的强还原气氛中,金属/可还原金属氧化物可能发生强金属载体相互作用现象。但如何全面调节强金属载体相互作用、影响强金属载体相互作用发生的程度的决定因素、以及强金属载体相互作用如何影响加氢脱氧反应活性和选择性尚不明确。


针对以上难题,天津大学化工学院祝新利课题组提出了通过调节强金属载体相互作用,调控金属氧化物-金属界面周边位点数量和性质,促进木质素衍生酚类物质的直接脱氧的概念。作者总结讨论了SMSI 形成的原因、SMSI的程度及其对DDO性能的影响。发现通过改变还原温度,晶相及晶面调控,还原混合氧化物的方式可以得到最优程度的SMSI,从而提供最大数量的界面周边位点如Pt-OV-Ti、Ni-OV-Ti、Ni-OV-Mo等。在界面周边位点上可以实现DDO反应所需要的两种功能,既形成C-H键(加氢),和断裂C-O键(脱氧),是酚类分子直接脱氧的活性位点。此外,最佳的SMSI适度覆盖了表面,减少了金属的表面集合体(ensemble)尺寸,避免了不良的副反应,如C-C氢解和加氢反应,实现了高活性及高芳烃选择性。


本文所报道的通过不同调控方式得到的适度SMSI不仅提高了HDO生成芳烃的选择性,而且提高了整体反应的活性,为木质素衍生酚类化合物转化制芳烃的催化剂设计提供了新思路。

文信息

Tuning Strong Metal-Support Interactions for Enhancing Direct Deoxygenation of Biomass-Lignin Derived Phenolics

Shining Ding, Prof. Xinli Zhu

第一作者为硕士生丁诗凝。


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202301552



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