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综述:镍-锡及镍负载非过渡元素催化剂在生物质衍生糠醛转化中的最新进展
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月06日 来源:Journal of Organometallic Chemistry 2.1
编辑推荐:
(编辑推荐)本综述系统梳理了镍基催化剂(Ni-Sn合金、Ni单原子及Ni负载非过渡元素如C/P/O等)在生物质衍生糠醛(FF)选择性氢化为高附加值产物(FA/THFA/2-MeF等)中的催化机制与应用进展,重点解析了氢溢流(HS)、几何隔离Ni位点等关键效应对反应选择性的调控,为绿色化学与可持续能源开发提供新策略。
镍基催化剂:生物质糠醛转化的绿色引擎
Ni-Sn催化双金属转化生物质衍生产物
镍-锡(Ni-Sn)合金催化剂通过独特的电子转移效应(Sn→Ni)和几何隔离Ni位点,实现了糠醛(FF)中C=O键的选择性氢化。Rodiansono团队开发的Ni3
Sn2
/AlOH在773 K下氢化FF至糠醇(FA)的产率>99%,而Ni3
Sn2
(101)晶面通过DFT计算证实其优先吸附C=O而非C=C键,抑制副反应。Yang团队进一步利用Ni3
Sn2
纳米片在100°C、2 MPa条件下实现100%转化率与99% FA选择性,性能媲美贵金属催化剂。
镍-碳协同催化体系
碳封装Ni催化剂(Ni/C-400)通过柠檬酸热解构建的限域结构,显著提升FF→四氢糠醇(THFA)的转化效率(产率92%)。Ni单原子催化剂(Ni-SAs/NC)则凭借氮掺杂碳载体锚定的孤立Ni位点,在温和条件下高效催化FF→糠醛酸(FAL),TOF值达258 h?1
。
磷与稀土元素的调控作用
磷掺杂Ni/SiO2
通过形成Ni-P键抑制C=C氢化,定向生成环戊酮(CPO)或1,4-戊二醇(1,4-PeD)。稀土元素(La/Ce)的引入则优化了Ni/γ-Al2
O3
的酸性位点分布,La-Ni/Al2
O3
在FF→FA反应中展现95%选择性与长达200小时的稳定性。
分子筛与粘土的载体创新
Ni/有机粘土(Ni/O-clay)利用CTAB修饰的层状结构促进FF→THFA的液相加氢,而Ni/ZSM-5纳米片衍生自LDH前驱体,其分级孔道结构使金属分散度提升3倍,FF转化率提高40%。
结论与展望
镍基催化剂凭借成本优势与可调控的活性位点,在生物质转化领域展现出替代贵金属的潜力。未来研究需聚焦于精准调控金属-载体相互作用(MSI)及氢溢流路径,以应对复杂反应网络的选择性挑战。
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