疏水性可调介孔镓硅酸盐催化甘油升级为丙酮缩甘油：高效酸催化与表面极性调控研究

本文推荐一种通过甲基化修饰XS-SiO2介孔硅（XS-MCM-41）合成疏水性可调镓硅酸盐（XS-Me-GaLac/XS-Me-GaCit）的创新策略。研究采用三甲氧基甲基硅烷（TMMS）后合成修饰结合镓（III）前体浸渍，实现催化剂表面亲疏水平衡与酸性位点协同调控，显著提升甘油与丙酮缩合生成丙酮缩甘油（solketal）的转化率（TON值优化）。该异相催化剂兼具介孔结构稳定性和抗Ga活性位点流失特性，为生物质转化提供绿色催化新范式。

　　

Highlight

新型介孔镓硅酸盐通过甲基化修饰实现疏水性精准调控：采用三甲氧基甲基硅烷（CH₃Si(OCH₃)₃）对超小XS-SiO₂颗粒进行表面缩合，再负载镓（III）前驱体。最优催化剂XS-10%Me-GaLac展现超高周转数（TON），其卓越活性源于甲基化构建的疏水表面与高密度可及酸性位点的协同效应。

Materials

实验采用自制镓（III）乳酸盐水合物（GaLac）与柠檬酸镓铵盐（GaCit）作为前驱体，三甲氧基甲基硅烷（TMMS）为甲基化试剂，通过调控修饰比例（5%-20% mol）实现表面极性梯度设计。

Characterization of the catalysts

表征显示甲基化显著改变硅载体表面化学性质：傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证实Si-O-Si-CH₃键形成，氮吸附测试显示材料保持>800 m²/g的高比表面积。X射线光电子能谱（XPS）证实镓物种以高度分散态存在，且甲基化程度直接影响Ga³⁺的配位环境。

Conclusion

本研究开创性地通过表面甲基化策略调控镓硅酸盐亲疏水平衡，证明表面极性是影响前驱体-载体相互作用及催化性能的关键参数。该材料在甘油缩酮化反应中兼具高活性（丙酮转化率>90%）与优异循环稳定性（5次循环无Ga流失），为生物基化学品合成提供新思路。