羟基磷灰石纳米棒负载双金属CuAu纳米催化剂催化甘油高效转化为乳酸钙的研究

本研究针对乳酸钙传统合成工艺成本高的问题，开发了羟基磷灰石(HAP)负载双金属CuAu纳米催化剂(Cu15 Au1.0 /HAP)，在Ca(OH)2 水溶液中实现甘油高效催化转化。结果表明，在200℃反应8小时条件下，乳酸钙选择性达90%以上，甘油转化率91%，反应活化能仅18.26 kJ mol-1 。该研究为生物质资源高值化利用提供了新策略。

　　

在全球追求可持续发展的背景下，生物质资源的高效转化成为科研热点。甘油作为生物柴油生产的副产物，其高值化利用备受关注。传统乳酸钙生产工艺依赖价格昂贵的乳酸酸，而现有甘油转化技术存在反应温度高、选择性低等问题。如何实现温和条件下甘油高效定向转化，成为制约生物基化学品发展的关键瓶颈。

辽宁省科技厅资助的研究团队在《Biomass and Bioenergy》发表论文，创新性地设计出羟基磷灰石(HAP)纳米棒负载的双金属CuAu纳米催化剂(Cu₁₅
Au_x
/HAP)。通过系统的催化实验和表征分析，发现该催化剂在200℃、Ca(OH)₂
水溶液体系中，可实现91%甘油转化率和90%以上乳酸钙选择性，反应活化能低至18.26 kJ mol^-1
。电子转移形成的Au^δ+
活性位点与HAP碱性载体的协同作用，是高效催化的关键。

研究采用共沉淀-湿化学还原法制备催化剂，通过X射线衍射(XRD)分析晶体结构，结合催化性能测试考察反应条件优化。结果显示：

XRD分析
HAP载体特征峰(25.9°、31.9°)保持稳定，CuAu合金形成导致Cu(111)晶面衍射峰位移，证实电子从Au⁰
向Cu⁰
转移。Au含量0.25-1.0 wt%时，催化剂保持高结晶度。

催化性能
最优条件为Cu₁₅
Au_1.0
/HAP催化剂、2.0 mol L^-1
甘油、催化剂/甘油质量比5:100、Ca(OH)₂
/甘油摩尔比0.6:1。相比单金属催化剂，双金属体系活化能降低60%以上，证实Au-Cu协同效应。

机理探讨
表面缺电子的Au^δ+
物种促进甘油C-H键活化，HAP载体提供碱性位点加速脱氢过程。该设计避免了贵金属Pd的高成本问题，且反应后钙乳酸可直接结晶分离。

该研究突破传统工艺限制，首次实现甘油"一步法"合成乳酸钙，为生物基化学品生产提供新思路。所得乳酸钙在食品保鲜、医药等领域具有应用潜力，其低温高效催化机制对绿色化学发展具有指导意义。催化剂制备方法简便，易于放大生产，具备工业化应用前景。