限域NiCo合金纳米颗粒高效催化生物质衍生物水相加氢脱氧

来源 :催化学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bigjohn6120
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
将储量丰富的生物质及其衍生物转化为具有高附加值的燃料和化学品被认为是一种有前景的绿色途径,可以极大地减少人们对传统化石资源的依赖.作为木质纤维素热解的直接产物和生物油升级的模型化合物,香草醛可以通过加氢脱氧(HDO)过程选择性地转化为2-甲氧基-4-甲基苯酚(MMP).MMP是一种有价值的化学品,常用于香料和药物等重要中间体的合成.在过去十年里,大量的金属催化剂被用来催化香草醛HDO转化为MMP.其中,贵金属(Pt,Pd,Ru和Au)虽然活性高,但是其储量低、价格昂贵,不利于工业化应用;而非贵金属(Fe,Co,Ni和Cu)的催化活性普遍较低,需要苛刻的反应条件来提高转化效率和选择性.此外,这类HDO反应大都在有机溶剂中进行,容易造成环境污染.因此,开发高效、稳定的非贵金属催化剂用于水相HDO反应是一个巨大的挑战.一般来说,合金纳米颗粒(NPs)具有强烈的协同效应,能产生良好的配位结构和电子环境,从而显著提升催化活性和选择性.基于此,本文首次采用了一种简单可控的合成方法来制备三聚氰胺海绵负载的氮掺杂碳纳米管(N-CNTs)限域的Ni-Co合金NPs(NiCo@N-CNTs/CMF)催化剂.该催化剂具有优异的HDO性能,在2 MPa H2,120oC反应6 h条件下,能在水相中将生物质衍生的香草醛高效转化为MMP,转化率和选择性均达到100%.相比于单金属的Ni@N-CNTs/CMF和Co@N-CNTs/CMF催化剂,香草醛转化率和MMP选择性都有大幅度的提高.而且,在温和的反应条件下,该催化剂对香草醛衍生物和其他芳香醛类化合物同样表现出优异的HDO性能,拥有100%的转化率以及较高的MMP选择性(91.5%~100%).XPS结果表明,Ni-Co形成合金后发生了电子结构的偏移,即Co原子可以从邻近的Ni原子处得到电子,提高Co电子云密度,从而促进对香草醛中C=O键的吸附.DFT计算结果表明,相比于单金属的Ni和Co,Ni-Co合金化后能显著提高对C=O键的选择性吸附和活化.同时,H2解离后形成的活性H*物种在Ni-Co合金NPs表面更容易脱附并参与催化反应.因此,Ni-Co@N-CNTs/CMF催化剂优异的HDO性能主要是由于Ni-Co合金NPs的协同作用大大促进了其对C=O键的选择性吸附和活化,以及活化氢物种的脱附.本文为设计和制备高效的非贵金属催化剂应用于水相的HDO反应提供了一个新策略.“,”Catalytic hydrodeoxygenation (HDO) is one of the most promising strategies to transform oxy-gen-rich biomass derivatives into high value-added chemicals and fuels, but highly challenging due to the lack of highly efficient nonprecious metal catalysts. Herein, we report for the first time of a facile synthetic approach to controllably fabricate well-defined Ni-Co alloy NPs confined on the tip of N-CNTs as HDO catalyst. The resultant Ni-Co alloy catalyst possesses outstanding HDO perfor-mance towards biomass-derived vanillin into 2-methoxy-4-methylphenol in water with 100%con-version efficiency and selectivity under mild reaction conditions, surpassing the reported high per-formance nonprecious HDO catalysts. Impressively, our experimental results also unveil that the Ni-Co alloy catalyst can be generically applied to catalyze HDO of vanillin derivatives and other aromatic aldehydes in water with 100%conversion efficiency and over 90%selectivity. Important-ly, our DFT calculations and experimental results confirm that the achieved outstanding HDO cata-lytic performance is due to the greatly promoted selective adsorption and activation of C=O, and desorption of the activated hydrogen species by the synergism of the alloyed Ni-Co NPs. The find-ings of this work affords a new strategy to design and develop efficient transition metal-based cata-lysts for HDO reactions in water.
其他文献
Clathrate hydrates (CHs) are one of the most promising molecular structures in applications of gas capture and storage,and gas separations.Fundamental knowledge of mechanical characteristics of CHs is of crucial importance for assessing gas storage and se
In this work,we demonstrate surface plasmon resonance properties and field confinement under a strong interaction between a waveguide and graphene nanoribbons (GNRs),obtained by coupling with a nanocavity.The optical transmission of a waveguide-cavity-gra
Two-dimensional van der Waals magnetic materials are intriguing for applications in the future spin-tronics devices,so it is crucial to explore strategy to control the magnetic properties.Here,we carried out first-principles calculations and Monte Carlo s
贵金属Pt催化剂具有高活性和热稳定性,广泛应用于催化挥发性有机物的完全氧化反应(燃烧反应).短链烷烃(甲烷、乙烷、丙烷等)化学性质稳定,是最难氧化的一类有机物,常用作考察燃烧反应催化剂性能的模型反应物.然而,目前报道的研究工作通常仅限于针对某一种烷烃底物的催化燃烧,系统考察催化剂以及助剂对不同短链烷烃的催化燃烧活性鲜有报道.在短链烷烃中,甲烷只有C–H键;而其它烷烃除了C–H键;还有C–C键.因此,研究催化剂对甲烷、乙烷和丙烷燃烧反应催化性能的差异性,对于认识催化剂上C–H键和C–C键的活化具有非常重要的
The coherent potential approximation (CPA) within full counting statistics (FCS) formalism is shown to be a suitable method to investigate average electric conductance,shot noise as well as higher order cumulants in disordered systems.We develop a similar
The reversible spreading processes with repeated infection widely exist in nature and human society,such as gonorrhea propagation and meme spreading.Identifying influential spreaders is an important issue in the reversible spreading dynamics on complex ne
甲醇选择氧化合成甲酸甲酯是获得高附加值甲醇下游化学品的最具吸引力的催化反应工艺之一.目前,甲醇选择氧化的研究大多为气相催化反应,存在反应温度较高和产物选择性较低的难题.甲醇液相选择氧化过程的反应温度较低,反应条件易于控制,产物选择性相对较高.然而,以氧气作为氧化剂的甲醇液相选择氧化反应,有时难以脱离反应体系的爆炸极限.以H2O2为氧化剂的甲醇液相选择氧化反应,可以在温和反应条件下实现甲醇催化选择氧化.含Fe活性组分的催化剂对醇类液相选择氧化具有很好的催化性能,金
内容摘要:《边城》这部小说是人教版必修教学中的重要内容,其中情节的构造与语言的描绘都独具特色。本文从小说的审美选择方面展开研究,重新审视《边城》中对不同美的描绘,深层次挖掘《边城》的审美教育价值。   关键词:《边城》 自然之美 人性之美 悲剧美   《边城》作为高中教育的重要内容,其中沈从文先生的独特审美,对学生审美教育有重要价值。尤其是近些年教学改革的持续深入,对审美教育的重视不断提高,《边城
内容摘要:李劼人“大河小說”创作的独异性不仅表现在作品里浓郁的地域文化特色,还体现在他叙史的民间立场。本文从李劼人小说的叙史立场切入,论析了小说中一些具有现代性标志的丰厚内容,以及内容背后李劼人作为一位现代知识分子的悖论心态,藉此探讨其对当代文学历史叙事的意义。   关键词:民间立场 “大河小说” 现代性   在上世纪九十年代后,文学转向了无名时代,一些作家像鲁迅叙史一样,只取一点因由,力图还原历
《题字的父亲》是谈骁书写父亲的一篇散文,在文章的起笔,谈骁大致勾勒出父亲大半生的生活轨迹:高中文凭,当过民办教师,种过庄稼,在许多大城市打过工……这些看似平凡的人生经历,与新世纪众多的文学作品中的父亲形象并没有过多的区别.在谈骁客观的陈述中,“长势好的庄稼总是在别人田里”,这句略带调侃意味的话传递出父子之间微妙的情感互动.尽管父亲的一生辗转多地谋生,但他始终带着几支毛笔,写字的习惯依旧没有放弃,写字成为其重要的“身份标签”.在村里,春节前,写春联是父亲的特长,也是他人生中“最光辉的时刻”.村人们每逢红白喜
期刊