催化剂酸度调控愈创木酚加氢转化选择性：负载型Ni催化剂在燃料添加剂合成中的关键作用

本研究针对生物油升级过程中愈创木酚(GUA)加氢转化选择性调控难题，通过设计SiO2、γ-Al22O3、H-Beta和SAPO-11四种不同酸度载体负载的Ni催化剂（~5 wt% Ni），系统揭示了酸性质对反应路径的定向作用。非酸性Ni/SiO2主导芳环氢化路径生成环己烷，而Lewis/Br?nsted酸性载体通过易位甲基化反应保留甲基并生成甲基取代六元碳环产物，为生物质燃料添加剂定向合成提供了重要理论依据。

　　

随着化石能源枯竭和环境污染加剧，生物质能源的高效转化成为全球研究热点。木质素热解产生的生物油富含愈创木酚(GUA)等含氧化合物，但其高氧含量导致热值低、腐蚀性强等问题，亟需通过加氢脱氧(HDO)升级为高品质燃料。然而，传统催化剂难以同时实现高活性和选择性控制，特别是甲基官能团的保留与产物分布调控仍面临重大挑战。

针对这一难题，匈牙利科学院可持续化学研究组的研究人员系统考察了酸性质对GUA加氢转化路径的调控机制。通过设计SiO₂（非酸性）、γ-Al₂O₃（Lewis酸性）、H-Beta和SAPO-11（Br?nsted/Lewis酸性）四种载体负载的Ni催化剂（~5 wt% Ni），在无溶剂连续流动体系中揭示了酸中心类型与反应选择性的构效关系。该突破性成果发表在催化领域权威期刊《Molecular Catalysis》上。

研究团队采用浸渍法制备催化剂，通过H₂-TPR（程序升温还原）、Py-IR（吡啶吸附红外光谱）和TEM（透射电镜）等技术表征材料性质，在固定床反应器中评价催化性能。关键发现包括：非酸性Ni/SiO₂通过芳环氢化路径生成环己烷（产率>60%），伴随甲烷/甲醇副产物；而酸性载体催化剂通过易位甲基化反应保留甲基，生成甲基取代环己烷（如1,2,4-三甲基环己烷）。特别值得注意的是，强Br?nsted酸虽促进甲基保留，但会导致积炭快速失活。

3.1节通过物化表征揭示了催化剂结构特性。XRD显示Ni/SAPO-11中Ni⁰晶粒达26 nm，明显大于其他催化剂（10-15 nm）。H₂-TPR证实γ-Al₂O₃载体与Ni的强相互作用使其还原度仅4.8%。Py-IR定量分析显示H-Beta的Br?nsted酸位达713 μmol/g，是SAPO-11（9 μmol/g）的80倍，这直接关联到其积炭量（17.4 wt%）显著高于后者（5.0 wt%）。

3.2节催化性能研究阐明了反应路径差异。在225°C下，Ni/SiO₂主要生成2-甲氧基环己醇（选择性>50%），而Ni/γ-Al₂O₃则产生甲基化产物（如3-甲基邻苯二酚）。动力学分析表明，酸性载体催化剂通过"脱甲基-甲基转移"循环保留碳数，而非酸性催化剂通过C-O键氢解导致碳损失。温度升至350°C时，Ni/H-Beta因积炭使活性下降60%，但其甲基环己烷选择性仍保持40%。

该研究创新性地建立了催化剂酸度与产物选择性的调控模型：Lewis酸促进甲基保留，Br?nsted酸加速积炭，而金属位点决定加氢深度。这一发现为生物油定向转化提供了重要设计原则——通过精确调控载体酸性质，可实现从同种原料选择性制备环烷烃燃料或芳烃化学品。研究还指出，开发弱Br?nsted酸/强Lewis酸双功能载体是兼顾选择性与稳定性的未来方向，这对生物质精炼工艺优化具有重要指导意义。