方文浩课题组报道乙酰丙酸氢解双功能钌基催化剂

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为了缓解日益严重的环境污染和全球能源危机，研究者们开始寻求开发新的绿色可再生资源利用方案。乙酰丙酸是廉价易得的可再生生物质基平台分子之一，其氢解产物γ-戊内酯被认为是一种最具开发利用价值的生物质衍生化学品，可作为食品添加剂、燃料添加剂，绿色溶剂、尼龙中间体等。乙酰丙酸氢解的反应路径复杂，加氢与脱水相生相克，导致中间体副产物较多。如何调谐催化剂中加氢位点与脱水位点的双功能作用是乙酰丙酸催化氢解制γ-戊内酯的关键科学问题。

       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。


       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。