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ACS Catal. 生物质催化转化新突破：超快合成PtCoCe三元催化剂实现糠醛高值化

文章来源：更新时间：2025-05-09 10:12:30

随着化石资源日渐枯竭，开发可再生生物质资源制备高附加值化学品成为全球关注焦点。糠醛作为木质纤维素的关键平台分子，其催化氢解制备1,5-戊二醇（1,5-PeD）的路径极具工业价值。1,5-PeD不仅是聚酯、聚氨酯等高端材料的重要单体，更在医药中间体合成中占据关键地位。然而，传统钴基催化剂面临活性位易氧化失活、目标产物选择性不足（普遍低于50%）及制备工艺复杂等瓶颈，严重制约其产业化应用。如何在温和条件下实现呋喃环定向开环与活性氢精准调控，成为该领域亟待突破的技术难题。

浙江大学、北京化工大学与武汉大学联合团队创新性地采用超快速焦耳加热技术（CTS），在30秒内实现600℃的瞬时升降温循环，成功制备出PtCoCe三元复合氧化物催化剂。该技术通过将硝酸钴、硝酸铈、铂前驱体与造孔剂维生素C固态研磨后，在氮气氛围中实施毫秒级温度冲击，有效抑制金属颗粒团聚并诱导产生丰富的氧空位。与传统共沉淀法相比，CTS制备的催化剂比表面积提升2.3倍，形成分级介孔-大孔结构，为反应物扩散与活性位点暴露创造了理想条件。X射线吸收谱（EXAFS）证实，铈元素的引入使催化剂中钴以Co²?形式稳定存在，而铂的掺入显著增强了氢活化能力。

在170℃、3 MPa氢气条件下，该催化剂实现糠醛转化率99.3%、1,5-PeD选择性59.2%的突破性性能，时空产率达8.03 mmol·g?¹·h?¹，较文献最优值提升25%。结合原位表征与理论计算，团队揭示了"氧空位-活性位"协同作用机制：铂纳米颗粒高效解离氢气产生活性氢物种，通过氧空位快速迁移至Co²?位点；Co²?作为Lewis酸位点精准吸附呋喃醇中间体，诱导C?-O?键特异性断裂，而表面羟基（Brønsted酸）则调控加氢深度。这种双功能协同作用使副反应路径被有效抑制，1,4-戊二醇等副产物比例降至12%以下。

该催化剂展现出优异的循环稳定性，经历5次反应循环后通过400℃短时焦耳处理即可恢复98%初始活性，连续9次再生后仍保持56.5%的选择性。这种"即用即再生"特性大幅降低工业应用成本，为生物质连续化生产提供了可靠解决方案。研究团队正与化工企业合作开展中试试验，并探索该催化体系在木质素解聚、呋喃二甲酸加氢等反应中的普适性。此项突破不仅为生物质高值转化提供了新范式，更为设计多功能金属氧化物催化剂开辟了新思路。

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