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日益增加的能源需求和环境污染的加剧是当前世界需要面临的巨大挑战,开发储量丰富、价廉易得的生物质资源是缓解当前紧张的化石资源需求的重要途径。5-羟甲基糠醛(HMF)是最有价值的平台化合物之一,它可以经氧化、还原、氢解等反应生成一系列高附加值化学品。5-羟甲基糠酸(HMFCA)是其一种重要的中间平台化合物,目前主要使用贵金属催化剂,存在产物选择性差,产率低等问题。因此,亟待开发一种相对廉价金属催化剂来高选择性合成HMFCA。本文采用高分子聚合物稳定的Ag纳米颗粒为催化剂,通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂来调控Ag纳米粒子的粒径、形貌、金属-载体的相互作用、电子效应等表-界面性质,并结合XPS、HRTEM等催化剂表征手段,探索催化剂的电子效应、金属-载体相互作用等表-界面性质与HMF氧化性能的关系。采用PVP为稳定剂,以ZrO2为载体,合成了具有不同性质的Ag纳米催化剂。考察了Ag负载量、PVP与Ag的摩尔比、反应温度、反应时间和碱类型对HMF转化率和HMFCA收率的影响。反应结果表明:Ag-PVP/ZrO2催化剂比Ag/ZrO2催化剂具有更好的催化活性和HMFCA选择性,表明加入PVP对HMF的氧化有促进作用。2.5%Ag-PVP/ZrO2(1:1)催化剂在氧气为60 mL/min,20°C下反应2 h,HMF转化率可达到100%,HMFCA产率达到98.2%。碱类型对于提高HMFCA产率也是非常关键的,特别是当高浓度HMF为反应底物时,相对于NaOH或Na2CO3,Ca(OH)2对HMFCA具有更高的选择性。首次揭示了稳定剂(PVP)的存在可以有效地调节金属与载体间的相互作用,发现Ag纳米颗粒和ZrO2载体之间相对较弱的相互作用对HMF的转化有促进作用。通过具有不同链长的PVP为稳定剂,通过调控Ag纳米颗粒-载体的相互作用,来进一步研究金属-载体相互作用对催化剂氧化性能的影响。实验结果表明,随着PVP链长的增加,Ag纳米颗粒的平均粒径有小幅度的增加,HMFCA的产率也随之增加,然而PVP链长过长时会阻碍催化剂的催化活性。Ag-PVP胶体催化剂(不负载)的催化活性高于2.5%Ag-PVP/ZrO2(58000)催化剂的催化活性,这是由于Ag-PVP胶体在水相中能均匀分散,因此HMF转化率和HMFCA产率更高。此外,PVP链长较长时,降低了Ag与ZrO2之间的相互作用,进而影响了HMF的催化氧化,各催化剂催化氧化HMF生成HMFCA的选择性依次为:Ag-PVP/ZrO2(1300000)>Ag-PVP/ZrO2(58000)>Ag-PVP/ZrO2(24000)>Ag/ZrO2。选用不同载体来进一步考察载体对HMF氧化性能的影响,结果表明,载体的性质对Ag纳米粒子粒径以及HMF选择氧化性能具有显著的影响,其活性顺序如下:2.5%Ag/ZrO2>2.5%Ag/Al2O3>2.5%Ag/TiO2>2.5%Ag/CeO2>2.5%Ag/AC。此外,2.5%Ag/Al2O3的粒径(31.8 nm)虽然和2.5%Ag/AC(30.7 nm)相近,但2.5%Ag/Al2O3的活性要远高于2.5%Ag/AC。这可能是由于四种载体具有不同电负性和亲氧性质,从而导致了不同的金属-载体的相互作用。相对于2.5%Ag/AC催化剂,2.5%Ag/ZrO2、2.5%Ag/Al2O3、2.5%Ag/TiO2三种催化剂的Ag 3d结合能更低,导致了Ag纳米粒子的d带中心上移,进而导致催化剂和HMF之间的吸附作用增强,从而有利于HMF的活化以及催化转化。