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2,5-二甲基呋喃(DMF)是一种新兴的生物质燃料,拥有比能量高、抗爆性能良好等优点,目前多通过生物质平台化合物5-羟甲基糠醛(5-HMF)加氢制备DMF。5-HMF是多官能团化合物,由5-HMF高效获得DMF的关键是促进其C=O键和C-O键的加氢裂解,同时要抑制副反应C=C键的加氢。由于贵金属具有良好的活化氢能力,Pd、Rh、Pt、Ru等贵金属催化剂在该反应中被广泛研究,然而贵金属资源有限、价格昂贵,限制了贵金属催化剂的大规模应用。因此研究者们开始将研究方向投向非贵金属催化剂,以期寻求性能优异、制备简单且造价低廉的替代品。Cu是一种来源广泛、价格低廉的非贵金属。Cu原子的d轨道布满电子,和C=C键之间存在更强的排斥作用,能抑制对C=C键的加氢,同时Cu基催化剂具有良好的C=O键吸附活化能力。然而传统方法制备的Cu基催化剂在5-HMF加氢上存在C-O键活化能力差、活性组分利用率低等问题,因此构筑一种活性组分高分散且C-O键加氢活性强化的Cu基催化剂具有重要意义。层状双金属氢氧化物(LDHs)是一类新兴的层状无机功能材料,其独特的晶格限域效应和层板金属的可调控性能让活性组分得到高分散。本文针对高分散铜基催化剂的制备和C-O键加氢活性的强化,基于LDHs的晶格限域效应和层板金属的可调控性,同时利用Cu与ZnO之间的金属-载体相互作用以稳定Cu+位点。本文采用LDHs前驱体法制备系列Cu/xZnO-A12O3催化剂,得到了具有稳定Cu+位点的高分散Cu基催化剂,并将Cu基催化剂用于以氢气作氢源的5-HMF的选择性加氢反应,通过XRD、XPS、XAES、原位红外光谱等手段对催化剂的晶体结构、表面金属价态、活性位点对不同官能团的吸附规律进行表征,考察Cu+-Cu0位点调控及其对5-HMF选择性加氢催化性能的影响。实验结果表明,Cu/ZnO-Al203样品的催化性能最佳,在100%的5-HMF转化率下DMF选择性达到90.05%。Cu/ZnO-Al203的高活性归因于Cu与ZnO间的相互作用使得Cu+物种在反应体系中能够稳定存在。对于系列Cu基催化剂,Cu+位点起到了吸附活化C-O键的作用,Cu0位点起到了吸附活化C=O键及吸附解离氢的作用,只有在Cu+和Cu0物种的协同作用下才能达成5-HMF加氢的高活性和对DMF的高选择性。同时由于Cu+位点的存在,5-HMF上C-O键的加氢受到明显促进,改变了 5-HMF的加氢反应路径,从而产生大量中间产物5-甲基糠醛。本文在Cu/ZnO-Al2O3催化剂的基础上,引入第四种元素,制备了Cu/ZnZrAlOx催化剂,得到了高分散且具有丰富C-O键吸附位点的铜基催化剂,并将其用于以异丙醇作氢源的5-HMF选择性加氢反应。实验结果表明,Cu/ZnZrAlOx催化剂催化性能最佳,在100%的5-HMF转化率下DMF选择性可达94.35%,其高活性归因于Zr02的引入一方面进一步提高Cu+位点数量,另一方面Zr02可作为吸附C-O键的吸附位点,载体上大量与Cu+位点毗邻的Zr02位点能吸附异丙醇,并为Cu+位点吸附的呋喃化合物供氢,因此进一步提高了 5-HMF的加氢活性。催化剂表面的Cu0位点对5-HMF分子的C-O键进行吸附并活化,Cu+位点或ZrO2位点对异丙醇分子进行吸附和活化。由于体系中存在大量的异丙醇,催化剂表面Cu+位点被异丙醇的C-O键占据,5-HMF的C=O键优先发生加氢反应产生中间产物5-甲基糠醛,使得反应体系只存在一条加氢反应路径。