负载在活性炭上的铁、钴、镍、铜和银催化剂用于5-羟甲基糠醛选择性加氢制备2,5-二甲基呋喃的系统比较 可供购买

《New Journal of Chemistry》：Systematic comparison of Fe, Co, Ni, Cu, and Ag supported on activated carbon for selective hydrogenation of 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-dimethylfuranAvailable to Purchase

　　

生物基5-羟甲基糠醛（HMF）选择性加氢制取2,5-二甲基呋喃（DMF）需要对催化剂活性位点结构进行精确设计。在本工作中，我们系统比较了一系列负载于活性炭（AC）上的金属（Fe、Co、Ni、Cu和Ag），这些催化剂通过浸渍法制备并在惰性气氛下煅烧。采用多技术表征手段——包括HRTEM、XRD、XPS、H₂-TPR、H₂-TPD、NH₃-TPD和N₂物理吸附——来阐明催化剂的微观结构、表面化学性质及金属-载体相互作用。HRTEM和XRD揭示出粒径层级关系为Ag > Cu > Fe > Ni > Co，其中Co表现出最高的分散度，以非晶态或短程有序团簇形式存在。XPS和H₂-TPR表明，Co以高度分散的Co²⁺/Co⁰团簇和大量氧空位（O_vac）形式存在；Ni主要以金属态Ni⁰纳米颗粒形式存在；Fe保持为晶态Fe₃O₄尖晶石；而Cu和Ag被还原为较大的金属颗粒，与载体相互作用较弱。在HMF加氢反应中，Co/AC催化剂的性能优于其他所有催化剂，在乙醇溶剂的温和反应条件下实现了100 mol%的HMF转化率和95.1 mol%的DMF选择性；而Ni/AC虽然活性较高，但由于呋喃环过度加氢导致选择性较差。Cu/AC和Ag/AC由于粒径较大且C–O亲和力弱，表现出较低的氢解活性；而Fe/AC最不活跃，因为Fe保持为不可还原的Fe₃O₄，缺乏H₂活化位点。Co/AC的优异性能归因于协同作用的CoO–Co–O_vac活性位点，这些位点能够实现H₂的异裂解离以及对C═O和C–O键的选择性吸附/断裂。这一系统比较不仅确立了Co/AC作为DMF生产中有前景的非贵金属催化剂的地位，还从本质上阐明了各金属固有的电子和结构性质如何决定其在同一碳载体上的催化行为。

可视化摘要

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在负载于活性炭的Fe、Co、Ni、Cu和Ag中，Co表现出高度分散的Co²⁺/Co⁰物种以及大量氧空位，使Co/AC在HMF加氢过程中实现了100 mol%转化率和95.1 mol% DMF选择性。

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在负载于活性炭的Fe、Co、Ni、Cu和Ag中，Co表现出高度分散的Co²⁺/Co⁰物种以及大量氧空位，使Co/AC在HMF加氢过程中实现了100 mol%转化率和95.1 mol% DMF选择性。

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? 2026 The Author(s). Published by the Royal Society of Chemistry on behalf of the Centre National de la Recherche Scientifique

2026

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