CeO2负载Ni-Co双金属催化剂实现糠醛高效选择性氢解制备1,5-戊二醇

针对生物质衍生糠醛转化中1,5-戊二醇(1,5-PeD)选择性低的技术难题，研究人员设计开发了CeO2负载Ni-Co双金属催化剂体系。该催化剂通过增强金属-载体相互作用和调控氧空位浓度，在温和条件下实现77.3%的1,5-PeD收率，揭示了四氢糠醇(THFA)的双氧吸附构型对C2-O1键选择性断裂的关键作用，为生物质高值化利用提供了新策略。

　　

随着化石资源日益枯竭，利用可再生生物质资源制备高附加值化学品成为研究热点。糠醛作为唯一实现工业化生产的生物质平台化合物，其下游高值化转化备受关注。其中，1,5-戊二醇(1,5-PeD)作为合成生物聚酯、聚氨酯的关键单体，市场需求量大但生产技术受限。传统转化过程存在选择性低、副反应多等瓶颈，特别是中间体糠醇(FOL)易发生副反应，导致1,5-PeD收率普遍低于50%。

为解决这一难题，国内某研究机构的研究人员开发了一种新型CeO₂负载Ni-Co双金属催化剂系统，通过精确调控金属比例和载体相互作用，在温和条件下实现了糠醛至1,5-PeD的一锅法高效转化，获得77.3%的创纪录收率。相关成果发表在《Industrial Crops and Products》上，为非贵金属催化剂的理性设计提供了重要参考。

研究团队采用共沉淀法构建催化剂体系，通过TEM、XRD、H₂-TPR、Raman等技术系统表征材料特性，结合间歇式高压反应釜评估催化性能。关键发现包括：

催化剂表征
5Ni-35Co/CeO₂催化剂呈现3.84 nm均匀分散的纳米颗粒，比表面积达77.9 m²/g。Raman分析显示适量Ni掺杂使氧空位浓度(Iv/Iv'=0.74)显著高于单金属催化剂，H₂-TPD证实其具有最优的氢溢流效应。

催化性能
在170℃、3.0 MPa H₂条件下，催化剂20小时内实现糠醛完全转化。时间进程实验揭示THFA为关键中间体，其后续转化决定最终收率。底物拓展实验证实双氧吸附构型对C₂-O₁键选择性断裂起决定性作用。

反应机制
提出的双功能机制包括：Ni位点解离氢、Co-CeO₂界面活化底物。THFA通过呋喃环氧和羟基氧的双重吸附，诱导C₂-O₁键优先断裂形成1,5-PeD。

催化剂稳定性
循环实验显示催化剂经6次使用后收率降至58.8%，XPS分析表明活性下降源于金属组分氧化。但经H₂再生后性能完全恢复，证明结构稳定性良好。

该研究通过精准调控Ni-Co-CeO₂三者相互作用，创制了目前非贵金属体系中糠醛制1,5-PeD的最高收率记录。其创新性体现在：阐明氧空位浓度与氢溢流效应的定量关系；首次证实THFA的双氧吸附构型对选择性调控的关键作用；开发可再生的低成本催化剂系统。这项工作不仅为生物质基二醇生产提供了新技术路径，也为多组分催化剂的设计原则提供了理论依据，对推动生物质资源高值化利用具有重要实践意义。