钯负载镧金属有机框架催化剂在香兰素加氢脱氧反应中的高效催化性能研究

为解决生物质转化中贵金属催化剂分散性差和热稳定性不足的问题，研究人员开发了钯负载镧金属有机框架（Pd/La-MOF）催化剂，用于香兰素加氢脱氧（HDO）反应。通过优化Pd负载量（0.5-2.0 wt%），1.0 wt% Pd/La-MOF在160°C、1.0 MPa H2条件下实现93%的甲氧基甲基苯酚（creosol）产率。该催化剂通过强金属-载体相互作用和酸性位点协同作用，展现出优异的循环稳定性，为生物燃料生产提供了新型高效催化剂体系。

　　

随着化石能源的枯竭和环境问题的加剧，生物质资源的开发利用成为可持续发展的重要方向。木质纤维素生物质中的木质素可通过解聚生成香兰素等芳香族化合物，进一步转化为高附加值化学品和生物燃料。然而，这一转化过程面临两大挑战：一是需要高效的加氢脱氧（Hydrodeoxygenation, HDO）催化剂来去除含氧官能团；二是传统贵金属催化剂存在纳米颗粒易团聚、热稳定性差等问题。

为解决这些问题，研究人员设计了一种新型钯负载镧金属有机框架（Pd/La-MOF）催化剂。该研究以8-羟基喹啉-5-磺酸（HQSA）为有机配体，1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷（DABCO）为胺调节剂，通过溶剂热法合成了具有高热稳定性的La-MOF载体。采用浸渍-干燥-还原法将Pd纳米颗粒（1.2±0.4 nm）均匀负载于MOF孔道中，系统研究了不同Pd负载量（0.5-2.0 wt%）对香兰素HDO反应的影响。

研究采用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征催化剂结构，通过热重分析（TGA）评估热稳定性，并运用N₂吸附-脱附测试比表面积和孔径分布。催化性能评价在高压反应釜中进行，采用气相色谱（GC）和飞行时间质谱（GC-TOFMS）分析产物分布。

研究结果显示，1.0 wt% Pd/La-MOF在160°C、1.0 MPa H₂条件下反应6小时，香兰素转化率达100%，creosol选择性达93%。通过时间曲线分析揭示了反应路径：香兰素先氢化为香草醇（vanillyl alcohol），再通过酸性位点催化的氢解反应转化为creosol。比较研究表明，La-MOF作为载体显著优于γ-Al₂O₃、Nb₂O₅等传统载体，这归因于其独特的金属-载体相互作用和酸性位点协同效应。

中毒实验证实，Br?nsted酸性位点对creosol形成起关键作用：添加2,6-二甲基吡啶使creosol产率从93%降至72%。循环实验表明，催化剂在5次重复使用后仍保持稳定结构，透射电镜显示Pd纳米颗粒未发生聚集，累计TON值达115。浸出实验和原子吸收光谱（AAS）分析证实反应过程中无Pd溶出，证实其为真正的多相催化剂。

该研究证实La-MOF是理想的贵金属载体材料，其热稳定性（>400°C）和孔隙结构可有效稳定超细Pd纳米颗粒。通过精准调控金属-酸性位点平衡，实现了香兰素高效定向转化为creosol，为生物质衍生芳香化合物的增值转化提供了新策略。相关成果发表在《Applied Catalysis A: General》，对开发新一代生物炼制催化剂具有重要指导意义。