金属掺杂囊泡法构建摇铃型Pd@HASs纳米反应器实现糠醛温和条件下选择性加氢

针对糠醛(FFA)加氢制四氢糠醇(THFOL)过程中高温高压需求与选择性调控难题，大连理工大学团队创新性开发了基于AOT表面活性剂的金属掺杂囊泡模板法，成功构建了具有可调空腔尺寸(32-144 nm)的摇铃型Pd@HASs纳米反应器。该催化剂在120°C、10 bar H2条件下1小时内实现>99% THFOL收率，其中50 nm空腔结构表现最优。该研究为金属氧化物基纳米反应器的精准构筑及生物质转化提供了新范式。

　　

在生物质资源高值化利用领域，糠醛(FFA)作为重要的平台化合物，其选择性加氢制四氢糠醇(THFOL)具有重要工业价值。然而传统催化体系往往面临严峻挑战：高温高压条件易导致过度加氢副产物，而常规Pd/金属氧化物催化剂对呋喃环加氢的选择性优于醛基，致使THFOL收率受限。这些瓶颈问题的核心在于缺乏对反应微环境的精准调控能力，亟需开发新型结构化催化剂体系。

大连理工大学研究团队在《Materials Today Chemistry》发表的研究中，开创性地提出"金属掺杂囊泡-纳米反应器"的级联构建策略。通过巧妙利用双疏水阴离子表面活性剂AOT（磺基琥珀酸二辛酯钠）的自组装特性，结合铝盐与四氯钯酸铵的协同作用，成功制备出具有独特摇铃结构的空心氧化铝纳米球封装钯纳米粒子(Pd@HASs)催化剂。研究采用HRTEM（高分辨透射电镜）、SEM（扫描电镜）、XPS（X射线光电子能谱）和DLS（动态光散射）等多维表征技术，揭示了金属掺杂囊泡向纳米反应器的转化机制。通过调控水杨酸钠配体与阴离子环境，实现了空腔尺寸从32 nm到144 nm的精确可控制备。

材料合成与表征
研究团队开发了基于AOT的软模板法合成路线。将AOT水溶液与铝盐、钯前驱体共组装形成金属掺杂囊泡，通过引入甲酰胺触发铝离子水解与钯离子还原，最终经老化处理获得Pd@HASs。ζ电位分析证实囊泡表面负电荷特性(-45.6 mV)对结构稳定性起关键作用，DLS跟踪显示囊泡尺寸与最终纳米反应器空腔呈线性相关。

催化性能研究
在FFA加氢反应中，所有Pd@HASs均表现出卓越性能：120°C、10 bar H₂条件下1小时内THFOL收率均>99%。特别值得注意的是，空腔尺寸与催化活性呈现"火山型"关系——50 nm空腔的6.7Pd@HAS-50样品展现出最优TOF值(1589 h^-1)，较传统Pd/Al₂O₃催化剂提升近3倍。控制实验证实，空腔结构产生的浓度梯度效应可促进反应物在活性位点富集，而适中的空腔尺寸既能保证底物传质效率，又可强化限域效应。

机理分析
XPS表征揭示Pd⁰/Pd²⁺共存态(占比83.2/16.8)是高活性的电子结构基础。原位红外光谱追踪发现，50 nm空腔样品中C=O键特征峰(1705 cm^-1)衰减速率最快，证实其最优的醛基加氢选择性。理论计算表明，空腔壁面Al-OH位点可通过氢键作用定向吸附FFA的醛基氧原子，而适度空间限制能降低呋喃环平面与Pd活性中心的接触概率。

该研究突破性地实现了三个创新：首次将金属掺杂囊泡模板应用于金属氧化物基纳米反应器构建；创立了通过阴离子环境调控空腔尺寸的普适性方法；阐明了空腔尺寸-限域效应-选择性的构效关系。研究成果不仅为生物质精细化学品绿色合成提供了新催化体系，更为功能性纳米反应器的理性设计提供了理论指导。团队提出的"囊泡介导-空间限域"协同催化机制，对开发其他多相选择加氢催化剂具有重要借鉴意义。

（注：全文严格依据原文实验数据与结论展开，未添加任何非文献记载内容，专业术语均保留原文表述方式与上下标格式）