缺陷MOF负载CoNi双金属催化剂高效催化木质素衍生物水相氢解脱氧反应研究

研究人员针对木质素生物质高效转化难题，开发了缺陷型MOF-303负载CoNi双金属催化剂(Co2Ni1/M460)，在温和条件(200°C, 0.5MPa H2)下实现香兰素90.42%的2-甲氧基-4-甲基苯酚(MMP)产率，并证实其可促进木质素解聚为小分子芳香化合物，为绿色生物质催化体系设计提供新思路。

　　

随着全球能源危机和环境问题日益严峻，寻找可再生的石油燃料替代品成为当务之急。木质素作为自然界储量最丰富的芳香族聚合物，其高效转化利用被视为生物质精炼的关键突破口。然而，传统氢解脱氧(HDO)工艺需要高温高压条件，且催化剂活性和选择性不足，严重制约了木质素的高值化利用。香兰素(VAN)作为木质素衍生物的代表性模型化合物，其定向转化为2-甲氧基-4-甲基苯酚(MMP)的过程存在反应条件苛刻、催化剂成本高等瓶颈问题。

江苏海洋大学环境与化学工程学院的研究团队创新性地将CoNi双金属与缺陷工程修饰的MOF-303材料相结合，开发出高效水相催化体系。通过精确调控热还原温度(460°C)和金属比例(Co:Ni=2:1)，制备的Co₂Ni₁/M₄₆₀催化剂在温和条件下(200°C, 0.5MPa H₂, 2h)实现了香兰素完全转化和90.42%的MMP产率，性能优于文献报道的同类催化剂。该成果发表于《Fuel》期刊，为木质素资源化利用提供了新策略。

研究采用热重分析确定MOF-303热稳定性窗口，通过调控热还原温度(360-560°C)构建缺陷结构；运用X射线衍射和电子显微镜表征催化剂形貌；结合多种光谱技术解析活性位点；建立水相反应体系评价催化性能；拓展至真实木质素解聚应用。

催化剂表征显示：缺陷工程形成的多孔结构增强了底物吸附；CoNi合金与MOF-303骨架的Co-N相互作用促进C=O活化；吡唑氮原子配位提升金属分散稳定性。催化性能测试证实：除香兰素外，催化剂对多种含C=O木质素模型化合物均保持99%转化率；在木质素解聚中可二次催化生成MMP为主的芳香化合物。机理分析表明：大孔缺陷结构提供丰富活性位点；金属-载体协同作用实现高效氢活化与脱氧。

该研究首次揭示了缺陷MOF-303与CoNi双金属的协同催化机制，不仅为木质素定向转化提供了绿色高效的解决方案，更拓展了MOF材料在生物质催化领域的应用前景。催化剂制备方法简单、水相反应环境友好、条件温和等特点，使其具备工业化应用潜力，对推动生物质精炼技术发展具有重要意义。