TiS2-x催化剂微波辅助一锅法高效转化果糖制备可持续液体燃料5-乙氧基甲基糠醛(EMF)的研究

研究人员开发了经500-800°C部分还原的TiS2催化剂，通过构建硫空位形成Lewis酸中心，在微波辅助下实现果糖脱水与5-羟甲基糠醛(HMF)醚化的级联反应，30分钟内获得63%的5-乙氧基甲基糠醛(EMF)收率。该工作揭示了硫空位-酸性-活性的构效关系，其脱水反应活化能(44.67 kJ/mol)与醚化反应速率常数(k2=7.8 min?1)均优于传统Br?nsted酸催化剂，为生物质转化提供绿色新策略。

　　

这项突破性研究展示了二硫化钛(TiS₂)催化剂在生物质转化中的非凡潜力。通过精确控制500-800°C的还原温度，科研团队成功构建了具有硫空位的TiS_2-x结构，这些缺陷位点如同"分子级酸泵"，能高效产生Lewis酸中心。当这些活性位点与极性溶剂相互作用时，会自发形成质子(H⁺)物种，犹如在反应体系中安插了微型酸化工厂。

实验数据显示，优化后的催化剂TiS₂600展现出1.69 mmol/g的酸强度，在160°C微波反应中，仅需半小时即可将果糖转化为高附加值的5-乙氧基甲基糠醛(EMF)，收率高达63%。动力学分析揭示了一个有趣现象：HMF醚化反应(k₂=5.77-7.8 min^?1)比果糖脱水(k₁=2.93-5.6 min^?1)更快，这就像化学反应中的"接力赛跑"，后程加速确保最终产物的高效积累。

特别值得注意的是，该体系的活化能(脱水44.67 kJ/mol，醚化20.86 kJ/mol)与传统质子酸催化剂相当，却避免了强酸对环境的影响。这种"缺陷工程"策略为设计新一代绿色催化剂提供了蓝图，将废弃生物质变身清洁燃料的梦想又近了一步。