近日,中科院大連化物所航天催化與新材料研究室的王愛(ài)琴研究員、張濤院士團(tuán)隊(duì)在生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化研究方面取得新進(jìn)展,發(fā)展了一種多功能Mo/Pt/WOx催化劑,首次將纖維素“一鍋”高效轉(zhuǎn)化為乙醇。相關(guān)工作發(fā)表在《焦耳》(Joule)上。
纖維素作為自然界最豐富的生物質(zhì)資源,可大量來(lái)源于農(nóng)林廢棄物,其不可食用的特征使其成為理想的可再生碳資源用來(lái)生產(chǎn)燃料和化學(xué)品,纖維素乙醇是最重要的生物燃料之一。然而到目前為止,利用生物發(fā)酵的技術(shù)生產(chǎn)纖維素乙醇仍然面臨各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的挑戰(zhàn)。有鑒于此,探索非生物轉(zhuǎn)化路線生產(chǎn)纖維素乙醇具有重要的意義。
張濤和王愛(ài)琴團(tuán)隊(duì)一直致力于生物質(zhì)中C-C鍵和C-O鍵選擇性斷裂制備重要小分子醇的研究。該團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了纖維素氫解制乙二醇的催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)(Angew. Chem. Int. Ed.,2008;Acc. Chem. Res.,2013),發(fā)現(xiàn)了含鎢(W)化合物在催化纖維素C-C鍵選擇性斷裂反應(yīng)中的獨(dú)特作用,并提出了纖維素可以經(jīng)由先氧化酯化、再加氫還原制備乙醇的二步法(ChemSusChem,2017;Green Chem., 2018)。
在此基礎(chǔ)上,他們結(jié)合甘油氫解制1,3-丙二醇(ChemSusChem,2016;ChemSusChem,2017)的催化劑研究,提出了一種新的Mo/Pt/WOx多功能催化劑,將纖維素氫解制乙二醇和乙二醇?xì)浣庵埔掖记擅畹伛詈掀饋?lái),實(shí)現(xiàn)了纖維素直接氫解制乙醇的過(guò)程,乙醇碳收率達(dá)到43.2%。同時(shí)該催化劑還表現(xiàn)出了優(yōu)異的穩(wěn)定性和抗CO中毒性能,使其在未來(lái)的實(shí)際應(yīng)用中具有較大的潛力。通過(guò)多種光譜表征,該研究團(tuán)隊(duì)提出了如圖所示的5OMo-Pt-WOx活性位結(jié)構(gòu),其中MoO5呈現(xiàn)配位不飽和的單分散形式,通過(guò)與納米Pt表面的相互作用,進(jìn)而調(diào)變Pt-WOx的電子相互作用,促進(jìn)乙二醇?xì)浣鉃橐掖嫉姆磻?yīng)。
上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的資助。