山西大学Jingjing Tan课题组–在室温下双金属RuPd/石墨烯催化剂上进行5-羟甲基糠醛的完全水加氢

在室温（20°C）下，RuPd/石墨烯（RGO）双金属催化剂上进行5-羟甲基糠醛（HMF）的水加氢。与相应的单金属Ru/RGO和Pd/RGO催化剂相比，Pd和Ru的组合对于将HMF完全氢化为2,5-二羟甲基四氢呋喃（DHMTHF）具有最佳的催化性能。DHMTHF的收率在RuPd/RGO催化剂上达到92.9％，而在单金属Ru/RGO和Pd/RGO催化剂上分别达到6.0％和4.1％。高分辨率TEM（HRTEM）、大角度环形暗场STEM（HAADF-STEM）和H₂-TPR确定了RuPd/RGO催化剂中RuPd合金的形成。XPS证明了Ru与Pd之间的强相互作用导致Ru^δ--Pd^δ+对的形成。DFT计算表明，电子反馈是从HMF的呋喃环和中间产物2,5-二羟甲基呋喃（DHMF）到Ru^δ--Pd^δ+对中缺乏电子的Pd^δ+物种。因此，RuPd/RGO催化剂将HMF加氢成DHMTHF的效率高是由于Ru^δ--Pd^δ+对与HMF分子之间的电子转移环，即电子从Ru^δ-转移至HMF的C=O和来自HMF的呋喃环中C=C键的电子反馈到Ru^δ--Pd^δ+对中缺电子的Pd^δ+物种。

Figure 1. 不同催化剂上HMF加氢制DHMTHF。

Figure 2. （a,c,e）单金属2Pd/RGO催化剂和（b,d,f）1Ru1Pd/RGO催化剂的HRTEM和粒度分布直方图。

Figure 3. RuPd/RGO催化剂中Ru/(Ru+Pd)质量比对DHMTHF和DHMF选择性的影响。

Figure 4. HMF在（a）2Ru/RGO、（b）1Ru1Pd/RGO和（c）2Pd/RGO上的吸附和活化。

Figure 5. 反应时间对HMF加氢的影响：反应条件：0.3 g HMF，9.7 g水，20°C，1.0 MPa H₂，60 mg 1Ru1Pd/RGO催化剂。

Figure 6. HMF加氢催化剂的稳定性；反应条件：0.3 g HMF，9.7 g水，20°C，t = 8 h，1.0 MPa H₂，60 mg 1Ru1Pd/RGO催化剂。

相关研究成果于2019年由山西大学Jingjing Tan课题组，发表在ACS Sustainable Chem. Eng.（DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b01327）上。原文：Complete Aqueous Hydrogenation of 5‑Hydroxymethylfurfural at Room Temperature over B

本文来自石墨烯杂志，本文观点不代表利特纳米立场，转载请联系原作者。