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随着各类化石资源日趋枯竭,社会迫切需要可替代的新型资源,生物质具有可持续性的特点成为目前研究热点。然而,木质素类生物质结构复杂并未得到充分利用,如以木质素生物质为原料制备液体燃料和精细化学品,这将有广阔的应用前景。因此,如何经济高效地利用木质素类生物质受到科学界和工业界等多方面关注。木质素分子结构复杂,因此通常以木质素模型化合物为研究对象,例如愈创木酚、苯酚等。愈创木酚加氢产物KA油(环己醇和环己酮统称)是工业生产关键中间产品,广泛应用于各种工业生产。同时,化工原料丁二酸的需求日趋增加,而目前传统工业生产已满足不了当下绿色环保可持续发展的要求。电催化合成技术同传统催化相比,具有反应条件温和、能量利用率高等特点,在众多领域逐渐替代传统催化技术。本论文主要围绕硼掺杂铂镍合金纳米颗粒负载型催化剂用于愈创木酚电催化加氢制备KA油的研究和以KA油为原料的电催化氧化制备丁二酸的研究。
(1)KA油及其衍生物是食品、农药、制药工业的必需工业前驱体。电催化加氢愈创木酚制备KA油是值得探究的反应路径。本文将使用硼氢化钠还原铂前驱体与镍前驱体于有序介孔碳材料CMK-3,成功制备了PtNiB/CMK-3催化剂。在反应条件为恒温60℃和恒电流20mA条件下,以10mL含有10mM愈创木酚的0.2MHClO4为电解质溶液进行电催化加氢(ECH)实验。反应1h后,底物转化率为98.9%,法拉第效率(F.E.)为86.2%,KA油选择性为90.3%,并且在20次循环后仍能保持稳定性。实验与理论计算结果表明B掺杂不仅优化表面电子结构,还改变底物和中间产物在PtNiB上的吸附能,从而使得PtNiB/CMK-3表现出极强的电催化加氢性能。
(2)化工原料丁二酸在化工生产中有着广泛应用。本文通过硼氢化钠将镍前驱体还原在有序介孔碳材料CMK-3上,成功制备了NiB/CMK-3催化剂,并以该催化剂用于KA油的电催化氧化制备丁二酸。在以环己酮为底物的反应中,反应100min时,环己酮的转化率达到90.0%以上,主要产物丁二酸产率为45.6%。如将另一种重要产物己二酸产率也算入,总产率为58.8%,法拉第效率约为42.9%。所制得的NiB/CMK-3催化剂中NiB呈现非晶态的絮状结构,表征发现催化剂表面存在氧化现象,表面Ni和B部分被氧化,同时在电催化氧化过程中Ni发生价态变化,说明这种非晶态表面覆盖氧化层的NiB结构有利于电催化氧化的进行,从而使得NiB/CMK-3催化剂表现出良好的电催化氧化性能。
(1)KA油及其衍生物是食品、农药、制药工业的必需工业前驱体。电催化加氢愈创木酚制备KA油是值得探究的反应路径。本文将使用硼氢化钠还原铂前驱体与镍前驱体于有序介孔碳材料CMK-3,成功制备了PtNiB/CMK-3催化剂。在反应条件为恒温60℃和恒电流20mA条件下,以10mL含有10mM愈创木酚的0.2MHClO4为电解质溶液进行电催化加氢(ECH)实验。反应1h后,底物转化率为98.9%,法拉第效率(F.E.)为86.2%,KA油选择性为90.3%,并且在20次循环后仍能保持稳定性。实验与理论计算结果表明B掺杂不仅优化表面电子结构,还改变底物和中间产物在PtNiB上的吸附能,从而使得PtNiB/CMK-3表现出极强的电催化加氢性能。
(2)化工原料丁二酸在化工生产中有着广泛应用。本文通过硼氢化钠将镍前驱体还原在有序介孔碳材料CMK-3上,成功制备了NiB/CMK-3催化剂,并以该催化剂用于KA油的电催化氧化制备丁二酸。在以环己酮为底物的反应中,反应100min时,环己酮的转化率达到90.0%以上,主要产物丁二酸产率为45.6%。如将另一种重要产物己二酸产率也算入,总产率为58.8%,法拉第效率约为42.9%。所制得的NiB/CMK-3催化剂中NiB呈现非晶态的絮状结构,表征发现催化剂表面存在氧化现象,表面Ni和B部分被氧化,同时在电催化氧化过程中Ni发生价态变化,说明这种非晶态表面覆盖氧化层的NiB结构有利于电催化氧化的进行,从而使得NiB/CMK-3催化剂表现出良好的电催化氧化性能。