镍氧化物改性ZSM-5催化剂在GVL-H2O体系中高效催化葡萄糖逐级转化为2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的研究

本研究创新性地采用镍氧化物(NiO)修饰的ZSM-5分子筛催化剂，在γ-戊内酯(GVL)-水混合溶剂中实现葡萄糖逐级转化为生物基单体2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。通过Box-Behnken实验设计优化反应参数，两阶段法最高获得36.05%的FDCA收率，为生物可降解聚酯PEF的绿色合成提供了新策略。

　　

亮点

本研究揭示了镍氧化物(NiO)修饰的ZSM-5催化剂在生物质转化中的双重优势：其分级孔道结构促进反应物扩散，而NiO的引入显著提升葡萄糖脱水生成HMF的选择性。

材料

实验采用四乙氧基硅烷(TEOS)、硝酸镍六水合物等试剂，其中γ-戊内酯(GVL)作为绿色溶剂展现出独特优势——既能溶解碳水化合物，又能稳定反应中间体。

催化剂表征

X射线衍射(XRD)证实NiO成功负载于ZSM-5骨架（图1a），红外光谱显示Bronsted酸位点保留完整。扫描电镜(SEM)观察到催化剂呈现典型的"玉米棒"状形貌，比表面积达352 m²/g。

结论

NiO/ZSM-5在GVL-H₂O体系中的卓越表现：

1. 1.

   两阶段法：160°C下HMF收率30.94%，90°C氧化得FDCA收率36.05%

2. 2.

   一锅法：FDCA收率提升至4.22%，较纯ZSM-5提高近6倍

3. 3.

   GVL溶剂效应：水含量调控显著影响中间体稳定性