Indkapslede NiCo -legering nanopartikler, der katalyserer HDO -reaktioner

Konvertering af rigelig biomasse og deres derivater til brændstoffer og kemikalier med høj merværdi forventes at være en lovende grøn vej til at reducere vores afhængighed af konventionelle fossile ressourcer. Blandt dem, pyrolysen af ​​lignocellulose er blevet et grønt og økonomisk middel til masseproduktion af bioolier til erstatning af fossile brændstoffer. Imidlertid, på grund af det rige iltindhold, de opnåede bioolier har en relativt lav energitæthed og kan forårsage skader på motorer. Den katalytiske hydrodeoxygenering (HDO) er derfor blevet anvendt til at opgradere bioolier med høj energitæthed ved selektivt at fjerne iltindhold.

Som et direkte lignocellulosepyrolyseprodukt, vanillin kan opgraderes til 2-methoxy-4-methylphenol (MMP) via HDO. Den opnåede MMP har brede anvendelser, ikke kun som et brændstof med høj energitæthed, men også som et vigtigt mellemprodukt til syntetisering af lægemidler og dufte. Derfor, Det er påkrævet at udvikle effektive ikke -ædle metalkatalysatorer, der selektivt kan HDO af vanillin til MMP i vand.

Den synergetiske virkning af de legerede nanopartikler (NP'er) baserede katalysatorer er med fordel blevet udnyttet til dramatisk at forbedre katalysatorens ydeevne til opgradering af biomasse og biomassederivater til højt værdsatte kemikalier og brændstoffer. Generelt, gruppe VIII -metaller (Ni, Ru, Rh, Pd, Pt) besidder høje katalytiske aktiviteter til hydrogenering af umættede C =C -bindinger og C =O -bindinger. Af denne grund, ikke-dyrebare Ni-baserede katalysatorer har været bredt anvendt til at katalysere HDO-reaktioner, men udviser begrænset selektivitet over for iltfrie produkter. For at forbedre deoxygeneringsaktiviteten og selektiviteten af ​​Ni-baserede katalysatorer, at alliere Ni med andre metaller for at danne legerede NP'er er en effektiv strategi.

For nylig, et forskerhold ledet af prof. Huijun Zhao fra Institute of Solid State Physics, HFIPS, CAS, Kina rapporterer den kontrollerbare syntese af veldefinerede Ni-Co-legerings-NP'er, der er begrænset af N-dopede carbon-nanorør (N-CNT'er) og deres anvendelse som en effektiv HDO-katalysator til transformering af vanillin, dets derivater og andre aromatiske aldehyder til de tilsvarende MMP'er og deoxygenerede produkter. De eksperimentelle resultater viser, at den asyntetiserede Ni-Co-legering NP-katalysator (NiCo@N-CNTs/CMF) fuldstændigt kan omdanne vanillin til MMP med en 100% selektivitet under milde reaktionsbetingelser, overgår de rapporterede højtydende ikke -dyrebare HDO -katalysatorer. Imponerende, katalysatoren udviser fremragende HDO katalytisk ydeevne over for et bredt spektrum af vanillinderivater og andre aromatiske aldehyder med 100% konverteringseffektivitet og høj selektivitet (91,5% til 100%). DFT -beregningerne og eksperimentelle resultater bekræfter, at den opnåede fremragende HDO -katalytiske ydeevne skyldes den stærkt fremmede selektive adsorption og aktivering af C =O, og desorption af de aktiverede brintarter ved synergi af de legerede Ni-Co NP'er. Resultaterne af dette arbejde giver en ny strategi til at designe og udvikle effektive overgangsmetalbaserede katalysatorer til HDO-reaktioner i vand.

Resultaterne blev offentliggjort i Chinese Journal of Catalysis .