方文浩课题组报道5-羟甲基糠醛氧化增值新型钌基催化剂

shiren

由可再生的生物质资源制备高附加值的绿色化工产品引起了科学工作者的广泛关注。木质纤维素是一种广泛分布于自然界中的可再生的且储量巨大的生物质资源。从纤维素中获取的5-羟甲基糠醛被认为是最重要的生物质基平台分子之一，其选择氧化的产物2,5-呋喃二甲酸已被美国能源部列为新世纪12种最有价值的生物质基化学品，可作为石油基对苯二甲酸的替代品生产可再生聚酯塑料PEF，因此具有广泛的应用前景。贵金属Au，Pd，Pt，Ru催化剂是5-羟甲基糠醛选择氧化制2,5-呋喃二甲酸的优异催化剂，其中Ru基催化剂的成本最低。尽管如此，该反应需要经历多步氧化过程，反应中间体较多，且大多数体系需要添加可溶性无机碱，最终导致产物收率偏低，产物的分离提纯工艺复杂等难题。因此，发展在水相、无碱、常压条件下工作的高效催化体系，是实现5-羟甲基糠醛氧化增值为2,5-呋喃二甲酸的绿色化学途径。

         鉴于上述背景，我院方文浩课题组与川大化工学院敬方梨课题组合作，首次通过一锅水解沉淀法设计合成了一种以Ru(0)为活性中心的RuxCoy(OH)复合氧化物催化剂。通过调变Ru/Co摩尔比构筑了含有不同Ru(0)密度以及Co2+/Co3+比例的复合氧化物催化剂，游离的氧分子吸附在钴氧化物氧空穴上，进而被活化解离为活性晶格氧物种参与催化氧化反应。以水为反应溶剂，以氧气作为氧化剂，在不添加任何碱助剂，常压及150℃条件下，所制备的RuxCoy(OH)复合氧化物催化剂能够将5-羟甲基糠醛高效地氧化为2,5-呋喃二甲酸，收率可达100%，且催化剂具备优异的循环稳定性。该工作对于Ru基氧化催化剂的制备方法和应用范围具有参考价值。
        相关成果以“Base-Free Aerobic Oxidation of 5‑Hydroxymethylfurfural on a Ru(0) Center in Cooperation with a Co(II)/Co(III) Redox Pair over the One-Pot Synthesized Ru−Co Composites”为题发表在化工领域国际著名期刊Industrial & Engineering Chemistry Research（影响因子：3.375，中科院二区top，https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c00937）。论文的第一作者为我院硕士生高天宇、张浩，通讯作者为方文浩副教授和敬方梨副教授，第一通讯单位为云南大学化工学院。
        文章来源：云南大学
        方文浩，云南大学副教授。研究领域：新催化材料的制备与表征，分子层面催化反应机理的研究，生物质催化转化利用，能源与环境化学。现阶段工作内容侧重于构建高效环保的催化新材料与新工艺转化生物质及低碳原料制备有利于解决能源短缺以及环境污染问题的高附加值清洁化学品。