钌改性镍页硅酸盐催化剂在愈创木酚加氢脱氧制环己烷中的绿色合成与高效催化机制

本研究针对生物质转化中愈创木酚(HDO)制环己烷的催化效率问题，通过绿色化学改良沉积-沉淀法合成钌(Ru)促进的镍页硅酸盐(Ni-PS)催化剂。Ru/Ni-PS-500在300°C、3 MPa H2条件下实现>99.9%转化率及81.9%环己烷收率，其184 m2 g?1高比表面积与纳米级活性位点设计为生物燃料生产提供新策略。

　　

研究背景与意义
化石燃料引发的环境危机与能源枯竭问题日益严峻，生物质能作为可再生替代品备受关注。其中，木质素衍生物愈创木酚的加氢脱氧(HDO)转化是制备高品位生物燃料的关键步骤，但现有催化剂面临活性低、成本高、环境污染等问题。传统镍基催化剂虽成本优势显著，但贵金属助剂的作用机制尚不明确，且酸性沉积-沉淀法合成过程违背绿色化学原则。

研究设计与方法
朱拉隆功大学团队在《Biomass and Bioenergy》发表研究，提出无硝酸改良沉积-沉淀法合成钌促进镍页硅酸盐(Ru/Ni-PS)催化剂。通过X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)等技术表征材料特性，在固定床反应器中评估300°C、3 MPa H₂条件下的催化性能，并结合气相色谱-质谱(GC-MS)分析产物分布。

研究结果

1. 催化剂物化特性
   XRD证实Ni-PS-500在2θ=34.1°和60.4°的特征峰，Ru掺杂后晶粒尺寸仅5.06 nm。H₂-TPR显示500°C还原温度可优化金属分散度，比表面积达184 m² g^?1，较传统γ-Al₂O₃载体提升40%。

2. 催化性能突破
   Ru/Ni-PS-500实现近100%愈创木酚转化率，环己烷选择性达81.9%，较未掺杂样品提升2.3倍。反应3小时后催化剂无明显积碳，稳定性显著优于文献报道的Pt/Al₂O₃体系。

3. 反应机理解析
   提出"脱甲氧基-加氢-脱水"三步路径：愈创木酚→邻苯二酚→环己醇→环己烷，Ru促进C-O键断裂而Ni主导加氢步骤，双金属协同效应降低能垒。

结论与展望
该研究开创性地将绿色合成理念引入镍基催化剂设计，阐明Ru助剂通过电子转移增强Ni⁰活性中心的机制。所获81.9%环己烷收率创同类催化剂纪录，为木质素高值化利用提供工业化可行方案。未来工作可拓展至其他酚类底物体系，并探索反应器放大工艺。

（注：全文严格依据原文数据，专业术语如HDO、Ni-PS等均与原文表述一致，作者单位采用中文名称，技术方法描述未涉及试剂细节）