源自壳聚糖的碳载体钌催化剂，用于高效将左旋戊内酯氢化为γ-戊内酯

《Sustainable Energy & Fuels》：Chitosan-derived carbon supported ruthenium catalyst for efficient hydrogenation of levulinic acid to γ-valerolactone

生物质转化为可持续化学品的挑战，研究者通过直接热解海洋生物质壳聚糖制备自氮掺杂碳载体负载钉催化剂，显著提升LA水相氢化为GVL的稳定性和可循环性，无需合成氮掺杂剂且性能优于传统Ru/C。

　　

从化石燃料向可持续能源和化学生产的转变在很大程度上依赖于高效的生物质转化。左旋丙糖酸（LA）是一种来自木质纤维素生物质的关键平台化学品，它可以作为多种有价值化学品的前体，例如γ-戊内酯（GVL）——这是一种有前景的绿色溶剂、燃料添加剂和聚合物前体。虽然基于钌的催化剂在LA的氢化反应中非常有效，但传统的Ru/C体系常常因金属与载体之间的相互作用较弱而出现金属流失和催化剂失活的问题。目前提高稳定性的方法，如使用氮掺杂的碳载体，涉及复杂的合成过程和合成氮前体。为了解决这些限制，我们提出了一种简单且可持续的策略：通过直接热解海洋生物质衍生的壳聚糖来制备一种自氮掺杂的碳载体，从而制备出性能优异的钌催化剂。这种催化剂在水相中将LA氢化为GVL的过程中表现出更高的稳定性和极好的可回收性，其性能超过了传统的Ru/C催化剂，并且活性与负载在氮掺杂碳上的领先钌催化剂相当。与其他氮掺杂碳载体不同，我们的方法避免了合成氮掺杂剂和繁琐的制备步骤，因此更具可持续性。通过XPS和H₂-TPR等手段进行的详细表征显示，由于壳聚糖中固有的氮官能团的作用，金属与载体之间的相互作用得到了增强，有效稳定了钌物种。本研究还阐明了石墨状氮和吡啶氮在调控催化活性中的关键作用，并指出了优化氮物种和含量在定制壳聚糖衍生载体中的重要性。所提出的机制解释了Ru–N中心如何活化氢和LA，其中碱性氮位点有助于GVL的脱水反应。总体而言，这项工作展示了壳聚糖衍生碳作为高效生物质氢化催化剂可持续且可调载体的潜力，并为氮掺杂在调控催化性能中的作用提供了重要的见解。