纳米金属氧化物与HCl协同催化葡萄糖高效制备5-羟甲基糠醛（HMF）的双相体系研究

本研究创新性地将纳米金属氧化物（Al2O3/TiO2/ZrO2/SnO2）与痕量HCl结合，在甲基异丁基酮（MIBK）/H2O–NaCl双相体系中实现葡萄糖高效转化为5-羟甲基糠醛（HMF）。通过Lewis酸（金属氧化物）与Br?nsted酸（HCl）协同作用，突破传统单金属氧化物催化瓶颈，最优条件下HMF产率达69.1%，为生物质平台化合物绿色合成提供新策略。

　　

Highlight

本研究首次在MIBK/H₂O–NaCl–HCl双相体系中，利用单一纳米金属氧化物（特别是Al₂O₃）与痕量HCl协同催化葡萄糖高效转化为HMF。通过精准调控Lewis酸（金属氧化物）与Br?nsted酸（HCl）的协同效应，成功克服传统单金属氧化物活性位点不足的缺陷，实现69.1%的HMF高产率，且催化剂展现优异循环稳定性。

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Materials

实验采用γ相Al₂O₃（20 nm）、锐钛矿型TiO₂（10-20 nm）、ZrO₂（≤100 nm）和SnO₂（50-70 nm）等纳米金属氧化物，所有试剂购自阿拉丁生化科技公司。

Catalytic performance

空白实验显示MIBK/H₂O–NaCl体系自身催化活性较低（HMF产率12.5%）。引入HCl后，HMF产率显著提升至42.8%，而单独使用Al₂O₃时因缺乏Br?nsted酸性仅获得23.6%产率。当Al₂O₃与HCl联用时，协同效应使产率跃升至69.1%，证实双酸位点对葡萄糖异构化-脱水串联反应的关键作用。

Conclusion

Al₂O₃凭借适中酸度在四种金属氧化物中表现最佳，MIBK相负责HMF原位萃取，NaCl-HCl水相提供反应微环境。该策略避免了复杂催化剂合成，为生物质增值提供了一条简单高效的新路径。