在掺硼的NiCo合金催化剂上，木质素二聚体的催化氢解效果得到提升

《Journal of Alloys and Compounds》：Enhanced catalytic hydrogenolysis of lignin dimers over boron-doped NiCo alloy catalysts

氢解木质素醚键的高效催化及其应用研究。采用溶热与碳热还原法制备系列硼掺杂镍钴双金属催化剂，考察其催化氢解木质素模型化合物性能。优化条件（180℃，2MPa N2，2h）下苯基乙醚（BPE）转化率达100%，甲苯和环己醇选择性分别为49.5%和47.6%。催化剂经五次重复实验仍保持高活性，并适用于其他木质素二聚体及真实木质素。研究创新性地利用废木质素磺酸盐作碳源和结构导向剂，通过一锅法制备高催化性能的NiCo合金催化剂，为生物质资源高效转化提供新策略。

　　在当前的生物资源利用研究中，木质素作为一种丰富的天然聚合物，因其独特的化学结构和高能量密度而受到广泛关注。木质素主要由苯丙烷单元组成，并通过C-O和C-C键连接，其中C-O键占据了大部分的化学连接类型。这种结构使得木质素成为催化转化生产高附加值化学品和生物油的理想原料。然而，木质素的复杂结构也给其分解带来了挑战，尤其是在催化氢解过程中，如何高效地断裂C-O醚键是研究的重点。

本研究围绕木质素的高效氢解，探索了一种新型的催化剂体系，即硼掺杂的镍-钴双金属催化剂。该催化剂通过溶剂热和碳热还原方法合成，其制备过程涉及不同的金属比例和煅烧温度。研究重点在于催化剂对木质素模型化合物的催化性能，特别是在最佳反应条件下（180 ℃、2 MPa N?、2 小时）对苯基苯醚（BPE）的氢解效果。实验结果表明，在这些条件下，BPE的转化率达到了100%，而主要产物甲苯和环己醇的产率分别达到了49.5%和47.6%。这一成果不仅展示了催化剂的高效性，也反映了其在实际应用中的可行性。

此外，该催化剂在重复实验五次后仍表现出良好的稳定性，保持了较高的催化活性。这说明其不仅在单次反应中具有优势，而且在连续操作过程中也能维持稳定的性能。进一步的研究还表明，该催化剂对其他木质素二聚体模型化合物以及真实木质素也具有良好的适用性。这为木质素的深度转化和高效利用提供了新的思路。

在当前的催化氢解技术中，贵金属催化剂因其优异的催化性能而被广泛应用。然而，其高昂的成本和有限的资源使得大规模应用受到限制。因此，研究者们逐渐将注意力转向非贵金属催化剂的开发。其中，基于镍的催化剂因其良好的催化性能和较低的成本，被认为是木质素及其模型化合物氢解的有效手段。而将第二种金属引入镍基催化剂中，能够显著提升其催化效果。例如，一些研究显示，通过在镍基催化剂中引入钼，可以形成具有协同效应的Ni-Mo合金结构，从而有效促进木质素衍生物的脱氧和脱羟反应。

近年来，金属有机框架（MOFs）因其高比表面积、可调的组成结构和易于功能化的特点而受到越来越多的关注。MOFs材料在催化、气体吸附与分离、氢储存等多个前沿领域展现出广阔的应用前景。在生物资源转化方面，MOFs基催化剂的形态、孔隙结构、质量扩散能力、分子吸附性能以及催化循环过程，均对催化性能产生重要影响。因此，MOFs材料为设计和开发新型高效催化剂提供了新的途径，有助于提升生物资源的催化转化效率。

本研究在这一背景下提出了一种创新的策略，即通过木质素-金属有机框架复合材料合成硼掺杂的NiCo合金催化剂。该方法不仅简化了催化剂的制备过程，还通过调控金属-酸协同效应，提升了催化剂的性能。同时，木质素作为可持续的碳源被充分利用，这为催化剂的绿色合成提供了支持。研究还系统地考察了不同金属比例、硼掺杂水平和煅烧温度对催化剂性能的影响，确保了催化剂的优化设计。

为了全面评估催化剂的性能，研究采用了多种表征手段，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、氨气程序升温脱附（NH?-TPD）、电感耦合等离子体（ICP）分析以及比表面积测试等。这些分析手段不仅有助于理解催化剂的结构特性，也为其催化性能的提升提供了理论依据。

在反应条件优化方面，研究考察了反应温度、初始氮气压力、反应时间和反应溶剂等因素对木质素转化的影响。特别是在BPE的氢解过程中，通过系统地调整这些参数，确定了最佳的反应条件。这一优化过程不仅提升了催化剂的性能，也确保了反应的高效进行。此外，研究还进一步探讨了该催化剂对其他木质素衍生的芳醚化合物的氢解选择性，以及真实木质素的解聚转化路径，为木质素的高效利用提供了全面的实验支持。

在实际应用方面，木质素作为一种重要的副产物，广泛存在于化学浆纸工业中，其年产量高达7000万吨。其中，钠木质素磺酸盐（LS）是木质素衍生物中最为丰富的化合物。然而，目前对工业生产的钠木质素磺酸盐的利用率仍然不足，导致大量资源浪费和环境污染。因此，将这些废弃物转化为高附加值材料成为一项紧迫的任务。

本研究通过将钠木质素磺酸盐作为碳源和结构导向剂，成功开发了一种新型的NiCo合金催化剂。该催化剂不仅具有良好的催化性能，还表现出优异的稳定性和重复使用能力。这一成果为木质素的高效利用提供了新的思路，同时也为非贵金属催化剂的开发提供了重要的参考价值。通过将MOFs材料与木质素结合，并引入硼掺杂策略，研究人员不仅提升了催化剂的性能，还探索了其在实际应用中的潜力。

在催化反应过程中，木质素的解聚和氢解是关键步骤。由于木质素的C-O键具有较低的键能，因此其断裂对于木质素的转化至关重要。通过催化氢解，木质素可以被分解为多种芳香醚化合物，进而转化为高附加值的化学品。然而，这一过程需要高效的催化剂体系，以确保反应的顺利进行和产物的高选择性。

本研究通过系统地考察催化剂的结构和性能，为木质素的高效氢解提供了重要的实验数据。这些数据不仅有助于理解催化剂的作用机制，也为进一步优化催化剂性能提供了基础。此外，研究还探讨了催化剂在不同反应条件下的表现，确保了其在实际应用中的适应性。

在当前的生物资源转化研究中，木质素的利用仍然面临诸多挑战。例如，木质素的结构复杂性使得其难以直接转化为高附加值化学品。因此，研究者们不断探索新的催化剂体系，以提升木质素的转化效率。本研究提出的硼掺杂NiCo合金催化剂，不仅具有良好的催化性能，还通过简便的制备方法，降低了催化剂的生产成本，为木质素的高效利用提供了新的可能。

通过将MOFs材料与木质素结合，并引入硼掺杂策略，研究人员成功开发出一种新型的催化剂体系。该体系在催化氢解过程中表现出优异的性能，不仅提高了木质素的转化率，还提升了主要产物的产率。同时，该催化剂在重复实验中仍能保持稳定的性能，表明其具有良好的循环使用能力。这一成果为木质素的高效利用提供了新的思路，同时也为非贵金属催化剂的开发提供了重要的参考价值。

此外，研究还发现该催化剂对其他木质素衍生的芳醚化合物具有良好的适用性。这表明其不仅适用于特定的木质素模型化合物，还能在更广泛的范围内发挥作用。这一发现为木质素的深度转化和高效利用提供了重要的实验支持，同时也为其他类似反应提供了借鉴。

在实际应用中，木质素的高效利用对于实现可持续发展和减少对化石资源的依赖具有重要意义。通过催化氢解技术，木质素可以被转化为多种高附加值化学品，如芳香烃、环烷烃等。然而，这一过程需要高效的催化剂体系，以确保反应的顺利进行和产物的高选择性。本研究提出的催化剂体系不仅满足了这一需求，还通过简便的制备方法，降低了催化剂的生产成本，为木质素的高效利用提供了新的可能。

在当前的生物资源利用研究中，木质素的转化仍然是一个重要的课题。通过研究催化剂的结构和性能，研究人员能够更好地理解催化反应的机制，从而优化催化剂的设计。本研究通过系统地考察催化剂的结构和性能，为木质素的高效氢解提供了重要的实验数据。这些数据不仅有助于理解催化剂的作用机制，也为进一步优化催化剂性能提供了基础。

综上所述，本研究提出了一种创新的策略，通过将木质素-金属有机框架复合材料与硼掺杂技术结合，成功开发出一种高效的NiCo合金催化剂。该催化剂在催化氢解过程中表现出优异的性能，不仅提高了木质素的转化率，还提升了主要产物的产率。同时，该催化剂在重复实验中仍能保持稳定的性能，表明其具有良好的循环使用能力。这一成果为木质素的高效利用提供了新的思路，同时也为非贵金属催化剂的开发提供了重要的参考价值。通过将MOFs材料与木质素结合，并引入硼掺杂策略，研究人员不仅提升了催化剂的性能，还探索了其在实际应用中的潜力。这一研究不仅对生物资源的高效利用具有重要意义，也为未来的催化剂开发提供了新的方向。