近日,大連化學物理研究所催化與新材料研究室張濤院士、羅文豪副研究員團隊和荷蘭烏特勒支大學Bert M.Weckhuysen教授合作,設計并構筑具有金屬-酸“限域毗鄰”結構的分子篩雙功能催化劑,實現了無溶劑體系下由纖維素醇解平臺分子乙酰丙酸乙酯“一鍋法”高效制備戊酸酯類生物燃油的新路線。
非糧生物質是一種優質和豐富的可再生碳質資源,可替代傳統化石能源生產燃料和化學品。木質纖維素衍生的戊酸酯類生物燃油因其優異的油品性能和兼容性,被認為是新一代高性能生物燃油。制備該生物燃油對減少傳統非可再生化石能源的依賴和落實碳達峰、碳中和戰略任務具有重要意義。
雙功能催化劑的精準構筑和活性位協同作用機制是生物質催化領域的研究前沿(Nat. Commun.,2015;Green Chem.,2017;Green Chem.,2019;J. Catal.,2019; ACS. Catal.,2021)。其在生物質催化轉化領域應用的核心挑戰在于:催化劑合成中往往缺乏在納米尺度的雙功能活性位的精準構筑及其協同作用機制;基于低反應底物濃度的高性能在生物質催化過程中無法實現有效應用;以及極易忽略的生物質轉化過程中液相水熱等苛刻環境中的催化劑穩定性等問題。
本工作發展出Y型分子篩限域的釕基雙功能催化劑,結合多種光譜和電鏡表征、探針分子實驗證實了金屬-酸活性中心在分子篩內部“限域毗鄰”結構的精準定制。在催化劑性能上,對比不具備金屬-酸活性“限域毗鄰”結構的其他金屬/分子篩或金屬-分子篩簡單機械混合的雙功能催化劑,優選催化劑在乙酰丙酸乙酯催化轉化活性和戊酸酯的收率上呈現至少一個數量級以上的增長,并遠遠優于目前文獻報道催化劑的性能最高值。金屬-酸活性位的“限域毗鄰”結構是實現乙酰丙酸乙酯高效加氫脫氧制備戊酸酯的關鍵。此外,Ru/La-Y催化劑中稀土La的引入可進一步促進金屬Ru在分子篩孔道內分散,并且穩定分子篩的骨架結構,有效抑制了液相反應過程中的分子篩骨架結構坍塌,維持了分子篩內“限域毗鄰”活性結構,實現該催化劑優異的穩定性。該工作將分子篩催化中“越近越好”這一概念首次延伸至生物質催化領域,分子篩定制的“限域毗鄰”結構實現“一鍋法”高效耦合系列催化反應,并將推動工業化生產生物燃油的發展。
相關成果以“Zeolite-Tailored Active Site Proximity for the Efficient Production of Pentanoic Biofuels”為題,于近日發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。該工作的第一作者是我所1502組博士研究生何江,中國石油大學(北京)吳志杰教授、我所1502組博士后顧青青。該工作得到科技部重點研發項目、國家自然科學基金、所研究基金等項目的資助。(文/圖 何江、羅文豪)
近日,我所催化與新材料研究室王曉東研究員和張濤院士團隊研制的新型催化劑成功應用在朱雀二號改進型運載火箭上。與傳統銥基催化劑不同,研究團隊潛心攻關近二十年,發展了新一代低成本釕基催化劑技術。在此基礎上,......
近日,中國科學技術大學曾杰教授課題組在高熵合金催化劑的設計制備領域取得重要進展。研究人員提出了一種基于合金化效應設計、制備用于丙烷脫氫的高熵合金催化劑的方法,通過金屬助劑的逐步引入與合金化效應的平衡,......
作為溫室氣體的主要來源,二氧化碳正在不斷惡化大氣環境。更糟糕的是,未來全球能源需求也將繼續增加,這將加劇二氧化碳的排放。在此條件下,碳中和戰略已被提出,其中二氧化碳通過化學過程轉化為高附加值的燃料和化......
近日,中國科學技術大學教授曾杰課題組提出了一種基于合金化效應設計、制備用于丙烷脫氫的高熵合金催化劑的方法,通過金屬助劑的逐步引入與合金化效應的平衡,構筑出表面富集孤立鉑位點的高熵合金催化劑。該催化劑對......
為深入貫徹落實黨中央、國務院關于碳達峰碳中和決策部署,加快推進各領域各行業可再生能源替代,國家發展改革委、工業和信息化部、住房城鄉建設部、交通運輸部、國家能源局和國家數據局聯合印發了《關于大力實施可再......
近日,西湖大學特聘研究員段樂樂和團隊采用無金屬參與的親核交聯濕化學路徑,直接合成了石墨單炔及其衍生物,實現多達16.5g石墨單炔的大規模生產。這種高效、快速、產物可擴展的合成方法,極大降低了經濟成本和......
近日,國家能源局召開全國可再生能源開發建設調度視頻會。國家能源局黨組成員、副局長萬勁松出席會議并講話,局總工程師向海平主持會議。會議總結了2024年1—8月全國可再生能源發展情況,聽取了上次調度會提出......
一項8月29日發表于《科學》的研究顯示,塑料瓶和塑料袋可以蒸發成化學合成砌塊,變成具有原始材料所有特性的新塑料。雖然仍有一些障礙需要克服,但新工藝是邁向真正的塑料循環經濟的一大步。自20世紀50年代以......
研究過程示意圖圖片來源:布魯克海文國家實驗室美國能源部布魯克海文國家實驗室及其合作機構的科學家設計出了一種高選擇性催化劑,只需一步反應,即可將天然氣的主要成分甲烷轉化為易于運輸的液體燃料甲醇。據最新一......
南開新聞網訊(通訊員 趙佳 記者 高雨桐)日前,南開大學電子信息與光學工程學院羅景山教授團隊聯合西班牙巴斯克大學Federico Calle-Vallejo(費......