围绕上述问题,我院方文浩课题组选择加氢性能优异且价格较低的贵金属Ru作为活性组分,设计了一种兼具加氢位点和路易斯酸性位点的Ru/(AlO)(ZrO)n双功能多相催化剂,可在水相、低温、低压条件下高效催化转化乙酰丙酸制γ-戊内酯。该小组通过调变载体Al/Zr摩尔比、焙烧温度、氢气预还原温度等手段,获得到了高分散的金属态Ru纳米粒子,负责乙酰丙酸C=O基团与游离H2分子的吸附、活化与转化;通过调变(AlO)(ZrO)n载体的路易斯酸比酸度能够控制反应中间体4-羟基戊酸脱水闭环生成γ-戊内酯的速率。更为重要的是,富电子态的Ru0粒子与载体酸性位点之间存在着强相互作用,协同提升了γ-戊内酯的收率。在120°C和1MPa H2条件,Ru/(AlO)(ZrO)n催化剂可在水相中完全转化乙酰丙酸为γ-戊内酯(收率达100%),且催化剂能保持良好的循环稳定性。该工作对于生物质选择加氢双功能催化剂的设计制备具有指导意义。
相关研究成果以“Hydrogenation of levulinic acid to γ-valerolactone over bifunctional Ru/(AlO)(ZrO)n catalyst: Effective control of Lewis acidity and surface synergy”为题发表在Molecular Catalysis上(https://doi.org/10.1016/j.mcat.2020.111097,影响因子:3.687,中科院化学二区)。论文的第一作者为我院2018级硕士生陆耀威,通讯作者为方文浩副教授,通讯单位为云南大学化工学院。该工作获得了国家自然科学基金、云南省“优青”及“后备人才”项目,云南大学“青年英才计划”以及云南大学研究生科研创新基金的资助。