【摘 要】
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本文研究了限域金属与酸协同的催化剂在生物质加氢氢解的应用,对生物质及其衍生物的催化转为生物燃料的研究提供了思路。开发具有高效稳定性能的双功能催化剂是促进加氢氢解反应的关键。金属位点与酸位点之间的协同作用,决定了加氢氢解反应的反应速率和目标产物的选择性。因此,设计一种金属-酸界面丰富的双功能催化剂对生物质衍生物的加氢氢解反应的研究极为关键。为解决上述问题,本文选用两种不同的催化剂载体—MOF和分子筛
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本文研究了限域金属与酸协同的催化剂在生物质加氢氢解的应用,对生物质及其衍生物的催化转为生物燃料的研究提供了思路。开发具有高效稳定性能的双功能催化剂是促进加氢氢解反应的关键。金属位点与酸位点之间的协同作用,决定了加氢氢解反应的反应速率和目标产物的选择性。因此,设计一种金属-酸界面丰富的双功能催化剂对生物质衍生物的加氢氢解反应的研究极为关键。为解决上述问题,本文选用两种不同的催化剂载体—MOF和分子筛,设计了一系列限域金属-酸界面的双功能多孔催化剂。主要研究内容如下:（1）通过贵金属与巯基基团的强配位作用,采用浸渍法制备了限域封装金属-酸界面的金属-有机框架催化剂（Pd@Ui O-CH2SO3H、Pd@Ui O-Ph SO3H）,并应用于生物质衍生物的加氢氢解反应。与传统表面负载金属催化剂（Pd/Ui O-CH2SO3H,Pd/Ui O-NH2）相比,Pd-酸界面限域封装的MOFs对MF转化为DMF、HMF转化为DMF、VA转化为MMP的反应均表现出更高的活性和选择性。其中,Pd@Ui O-CH2SO3H的催化性能最好,MF反应和HMF反应的DMF产率分别为89.0%和86.0%,VA的MMP产率为99.4%,这主要得益于其良好的亲水性、较高的氢活化能力和丰富的Pd-SO3H界面协同催化活性。根据Pd/Ui O-NH2的催化性能和ATR-IR测试结果,Pd-酸界面上的酸性位点可以加速这些氢解反应中羟基的活化。本工作为MOF限域封装金属-酸界面的制备提供了一种有效的设计策略,并显示了氢化和酸催化的强大协同作用。（2）通过反相微乳液法和干胶转化法制备了限域封装Pd纳米粒子的介孔分子筛催化剂（Pd@meso-ZSM-5）,并应用于环酮（环戊酮、环己酮）多级串联转化为双环烷烃（双环戊烷、双环己烷）。与表面负载型催化剂（Pd/ZSM-5）和微孔分子筛限域封装Pd催化剂（Pd@ZSM-5）相比,Pd@meso-ZSM-5催化剂的双环烷烃产率可达78%以上。由验证实验和详细的表征表明,介孔为大分子中间体的生成和扩散提供了足够的空间,紧密丰富的Pd-酸界面通过强大的双功能协同催化促进了中间体的转化。本工作提出了介孔分子筛包覆金属的设计策略,提供了酸催化和氢化催化的高效协同效应的思路。
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