富含氧空位的TiO2负载单原子Ru催化剂，用于稳定且选择性地去甲氧基化木质素衍生的酚类单体

《ACS Catalysis》：Oxygen Vacancy-Rich TiO2-Supported Single-Atom Ru Catalysts for Stable and Selective Demethoxylation of Lignin-Derived Phenolic Monomers

单原子Ru改性m-TiO2催化剂氧空位协同促进酚类甲基氧键选择性断裂，实现高效热稳定水热脱羧。实验结合DFT揭示了氧空位锚定单原子增强活性位点的机制。

　　

设计一种具有高选择性和热稳定性的单原子催化剂，用于生物油脂的加氢脱氧（HDO）过程，对生物精炼技术的发展具有重要意义。在本研究中，采用原位掺杂方法制备了一系列单原子Ru改性的介孔TiO₂（Ru_x/m-TiO₂）催化剂，这些催化剂含有丰富的氧空位，可用于选择性脱甲氧基化多种酚类单体。在邻甲氧基苯酚的加氢脱氧反应中，Ru_0.05/m-TiO₂（Ru负载量为0.05 wt%）表现出优异的催化活性（转化率和脱甲氧基化选择性均超过95%）。重要的是，即使在300 °C、2 MPa H₂的苛刻条件下经过10次循环后，Ru单原子的稳定性依然得以保持。实验数据与密度泛函理论计算相结合表明，孤立的Ru原子牢固地锚定在m-TiO₂的内表面上，并可能通过配位不饱和的Ti中心得到稳定，这有助于形成Ru–O_V–Ti结合位点。Ru原子与O_V之间的协同作用形成了具有独特电子和几何特性的活性区域。在酚类羟基的辅助下，该活性区域能够选择性地断裂C_Ar–OCH₃键的邻位，从而保持芳香环的完整性。此外，该催化剂在催化类似的木质素衍生酚类单体方面也表现出良好的通用性。这项工作提供了一种简便的合成策略，用于制备含有丰富氧空位的单原子催化剂，并为未来从生物质中生产高价值化学品提供了宝贵的见解。