能源化工研究所在新型生物质基聚酯单体研究中取得新进展

近日，能源化工研究所生物质燃料与化学品研究团队在新型生物质基聚酯单体研究中取得新进展，研究成果以“Vitamin C-Assisted Synthesized Mn−Co Oxides with ImprovedOxygen Vacancy Concentration: Boosting Lattice Oxygen Activityfor the Air-Oxidation of 5‑(Hydroxymethyl)furfural”为题在线发表在美国化学会催化领域旗舰期刊《ACS Catalysis》。

通过催化氧化生物质基平台分子5-羟甲基糠醛（HMF）制备得到的2,5-呋喃二甲酸（FDCA）是一种极具应用前景的可再生聚合单体，近年来相关研究吸引了学术界和工业界的广泛关注。但目前用于合成FDCA的催化剂仍然以贵金属催化剂为主，开发廉价高效的非贵金属催化剂依然非常具有挑战性。鉴于此，针对非贵金属Mn基催化剂催化效率低的难题，该研究中设计了一种维生素C（VC）辅助的研磨法制备了富含氧空位的介孔Mn-Co氧化物催化剂，其在空气氧条件下可以高效催化氧化HMF，FDCA得率可达96%（130 °C，3 h，1.5 MPa 空气）。值得注意的是，上述Mn-Co氧化物催化条件下的FDCA生成速率高达2611 μmol‧g-1‧h-1，这一数值是其他锰基催化剂的2.7-24.9倍。

该研究通过结合试验和模拟理论计算的方法，证明了VC辅助制备的Mn-Co氧化物中富含氧空位（Ov）。Ov浓度提高不仅可以削弱Ov附近Mn-O键强度，从而产生具有更高催化活性的晶格氧（OL）；还有利于降低HMF和O2的吸附能，促进二者在催化剂表面的吸附和活化过程，从而提高HMF的氧化效率。该研究不仅揭示了Ov在催化氧化反应过程中的作用，还提供了一种绿色、简便的制备富含Ov氧化物催化剂的方法。

我院2017级博士生刘淮为该文第一作者，我院能源化工研究所林鹿教授和唐兴副教授为通讯作者。该研究工作得到国家重点研发计划（2019YFB1503903）、国家自然科学基金（22078275和21978248）和广东省重点领域研发计划项目（2020B0101070001）等资助。

文 | 能源化工研究所

责编 | 阮伟

审核 | 施珩