介孔Pt-WOx/Nb2O5催化剂高效催化纤维素转化为乙醇和丙醇的研究

针对生物质资源利用效率低和传统酸催化法环境负担重的问题，研究人员开发了介孔Pt-WOx/Nb2O5催化剂，通过优化制备条件实现纤维素一锅法高效转化为乙醇（50.3%）和丙醇（20.2%）。该研究揭示了WOx促进C-C键断裂与Nb2O5路易斯酸位点的协同机制，为生物燃料生产提供了新策略。

　　

随着化石能源枯竭与环境问题加剧，生物质资源的高效利用成为全球研究热点。纤维素作为最丰富的生物质组分，其直接转化为高附加值化学品面临反应条件苛刻、产物选择性差等挑战。传统酸催化法存在环境污染问题，而现有催化剂对纤维素C-C键的定向断裂效率不足，导致乙醇等目标产物收率受限。

为解决这一难题，中国科学院的研究团队在《Applied Catalysis A: General》发表研究，设计出介孔Pt-WO_x/Nb₂O₅催化剂。通过溶胶-凝胶法和浸渍法合成催化剂，结合N₂吸附、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）等表征技术，系统优化了催化剂结构与反应条件。在508 K、4 MPa H₂条件下反应4小时，实现了纤维素完全转化，乙醇和丙醇收率分别达50.3%和20.2%，创下同类研究的领先水平。

关键技术方法
研究采用溶胶-凝胶法构建介孔Nb₂O₅载体，通过浸渍法负载Pt和WO_x活性组分。利用NH₃-TPD（程序升温脱附）分析酸性位点，H₂-TPR（程序升温还原）评估氧化还原性能，X射线光电子能谱（XPS）揭示元素化学状态，结合吡啶红外光谱（PY-IR）区分路易斯酸与布朗斯特酸位点。

催化剂筛选
对比Ni、Ru、Pt等金属与WO_x的协同效应，发现Pt-WO_x/Nb₂O₅具有最优性能。介孔结构提供高比表面积（142 m²/g），WO_x（2<x<3）促进葡萄糖的逆羟醛缩合反应，而Pt⁰/Pt²⁺双活性中心选择性氢化乙二醇中间体。

反应机理
Nb₂O₅的布朗斯特酸位点驱动纤维素水解为葡萄糖，WO_x介导C-C键断裂生成乙二醇，Pt位点进一步氢化形成乙醇。值得注意的是，丙醇的生成源于1,2-丁二醇的次级转化，这是此前研究中未充分报道的现象。

结论与意义
该研究通过精准调控介孔结构、酸性位点与金属组分的"三功能协同"，突破了纤维素定向转化的技术瓶颈。其创新性体现在：首次在Nb₂O₅载体上实现乙醇与丙醇的联产；阐明WO_x动态氧化态（W⁶⁺/W⁵⁺）对C-C键断裂的关键作用；为生物炼制工艺提供了可工业化的催化剂设计范式。研究成果对发展碳中和背景下的绿色能源技术具有重要指导价值。