水相介质中负载纳米金催化CO高选择性还原糠醛

doi:10.1016/S1872-2067(16)62458-0

催化学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (10): 1669-1675.DOI: 10.1016/S1872-2067(16)62458-0

水相介质中负载纳米金催化CO高选择性还原糠醛

董静^a,b, 朱明明^a, 张高硕^a, 刘永梅^a, 曹勇^a, 刘苏^b, 王仰东^b

a 复旦大学化学系, 上海市分子催化和功能材料重点实验室, 上海 200433;
b 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院, 上海 201208

收稿日期:2016-04-14 修回日期:2016-05-10 出版日期:2016-10-21 发布日期:2016-10-22
通讯作者: Yong Cao, Yangdong Wang
基金资助:
国家自然科学基金（21273044，21473035，91545108）；高等学校博士学科点专项科研基金（2012007000011）；SINOPEC（X514005）；上海市科学技术委员会资助项目（08DZ2270500）；化学工程联合国家重点实验室开放课题（SKL-ChE-15C02）.

Highly selective supported gold catalyst for CO-driven reduction of furfural in aqueous media

Jing Dong^a,b, Mingming Zhu^a, Gaoshuo Zhang^a, Yongmei Liu^a, Yong Cao^a, Su Liu^b, Yangdong Wang^b

a Shanghai Key Laboratory of Molecular Catalysis and Innovative Materials, Department of Chemistry, Fudan University, Shanghai 200433, China;
b SINOPEC Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology, Shanghai 201208, China

Received:2016-04-14 Revised:2016-05-10 Online:2016-10-21 Published:2016-10-22
Supported by:
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (21273044, 21473035, 91545108), the Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education (2012007000011), SINOPEC (X514005), Science & Technology Commission of Shanghai Municipality (08DZ2270500), and the Open Project of State Key Laboratory of Chemical Engineering (SKL-ChE-15C02).

摘要/Abstract

摘要：

近年来可再生资源以及化工原料的多元化备受关注，生物资源成为其中的一个新亮点.糠醛是一种可由生物质转化而来的重要化工原料，将其催化还原直接转化为糠醇是构建以糠醛为平台化合物的生物基呋喃衍生物价值链的重要环节.长久以来，糠醛制糠醇研究主要集中在以H₂作氢源的加氢工艺及相关催化剂配方的优化、改进等方面，尽管在工业上已获得成功应用，但由于需大量消耗源于化石燃料的H₂，使得该路线总体上仍依赖于化石能源.此外，大量使用H₂所涉及的储存、运输和使用条件苛刻以及如何有效控制目标产物的选择性等问题也一直是糠醛传统催化加氢所面临的挑战.因此，寻求可替代传统氢气作氢源，更为经济实用且高效的糠醛高选择性催化还原制糠醇路线，对于发展以糠醛转化为技术核心的新一代糠醛基化工产业链，以及实现诸如5-羟甲基糠醛等其它重要生物质基平台化合物的还原转化，均具有重要意义.
本文旨在通过实证性实验，考察以价廉且来源丰富的CO替代H₂来实现高选择性液相糠醛催化转化制糠醇的可行性.众所周知，CO不但是C1化学工业中至关重要的基础原料，在发展并完善面向未来的低碳能源及化学品清洁合成新技术等方面也有着非常大的应用潜力.鉴于CO也是炼钢焦炉气的重要组成部分，因此开发新颖的基于CO的还原转化和相关反应新技术，不但可有效拓展CO的潜在应用范围，对于实现传统高能耗行业的节能减排和转型升级也有着重要的启示和借鉴意义.我们近期利用CO/H₂O为还原介质，在温和条件下实现了纳米Au催化取代硝基或羰基化合物高效、高化学选择性还原，本文系统研究了包括传统铂族金属在内的各类高分散贵金属催化剂、反应温度、反应压力以及反应时间等对糠醛转化率和糠醇选择性的影响.通过优化催化剂制备和反应条件，发现以CO/H₂O作为氢源，在金红石单相TiO₂负载纳米Au（Au/TiO₂-R）的催化作用下，于90℃，CO压力为4 MPa，糠醛与Au的摩尔比为200的条件下反应4 h即可实现糠醛至糠醇的定量转化.研究表明，上述过程中催化剂可多次循环使用；反应温度或反应压力的增加均有利于反应进行，且在糠醛与纳米Au的摩尔比高达2000甚至5000时，反应仍可完全进行到底.尤其值得一提的是，该催化体系对于反应原料中含有相当杂质的非新鲜提纯的粗糠醛亦具有很好的耐受性，甚至可直接以各种H₂/CO比例的来源广泛的合成气为氢源，实现目标反应，表明该体系是一种极具开发和应用潜力的糠醛转化制糠醇新技术.

关键词: 糠醛, 还原, 负载型金催化剂, 一氧化碳, 水相

Abstract:

The reductive transformation of furfural (FAL) into furfuryl alcohol (FOL) is an attractive route for the use of renewable bio-sources but it suffers from the heavy use of H₂. We describe here a highly efficient reduction protocol for converting aqueous FAL to FOL. A single phase rutile TiO₂ support with a gold catalyst (Au/TiO₂-R) that used CO/H₂O as the hydrogen source catalyze this reduction efficiently under mild conditions. By eliminating the consumption of fossil fuel-derived H₂, our process has the benefit afforded by using CO as a convenient and cost competitive reducing reagent.

Key words: Furfural, Reduction, Supported gold catalyst, Carbon monoxide, Aqueous

董静, 朱明明, 张高硕, 刘永梅, 曹勇, 刘苏, 王仰东. 水相介质中负载纳米金催化CO高选择性还原糠醛[J]. 催化学报, 2016, 37(10): 1669-1675.

Jing Dong, Mingming Zhu, Gaoshuo Zhang, Yongmei Liu, Yong Cao, Su Liu, Yangdong Wang. Highly selective supported gold catalyst for CO-driven reduction of furfural in aqueous media[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(10): 1669-1675.

×
扫码分享

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cjcatal.com/CN/10.1016/S1872-2067(16)62458-0

https://www.cjcatal.com/CN/Y2016/V37/I10/1669

参考文献

[1] G. W. Huber, S. Iborra, A. Corma, Chem. Rev., 2006, 106, 4044-4098.
[2] A. Corma, S. Iborra, A. Velty, Chem. Rev., 2007, 107, 2411-2502.
[3] J. A. Melero, J. Iglesias, A. Garcia, Energy Environ. Sci., 2012, 5, 7393-7420.
[4] J. C. Serrano-Ruiz, R. Luque, A. Sepulveda-Escribano, Chem. Soc. Rev., 2011, 40, 5266-5281.
[5] P. Gallezot, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 1538-1558.
[6] J. P. Lange, E. van der Heide, J. van Buijtenen, R. Price, ChemSusChem, 2012, 5, 150-166.
[7] C. M. Cai, T. Y. Zhang, R. Kumara, C. E. Wyman, J. Chem. Technol. Biotechnol., 2014, 89, 2-10.
[8] R. Karinen, K. Vilonen, M. Niemelä, ChemSusChem, 2011, 4, 1002-1016.
[9] Y. Nakagawa, M. Tamura, K. Tomishige, ACS Catal., 2013, 3, 2655-2668.
[10] B. Danon, G. Marcotullio, W. de Jong, Green Chem., 2014, 16, 39-54.
[11] K. Fulajtárova, T. Soták, M. Hronec, I. Vávra, E. Dobro?ka, M. Omastová, Appl. Catal. A, 2015, 502, 78-85.
[12] A. B. Merlo, V. Vetere, J. F. Ruggera, M. L. Casella, Catal. Commun., 2009, 10, 1665-1669.
[13] R. V. Sharma, U. Das, R. Sammynaiken, A. K. Dalai, Appl. Catal. A, 2013, 454, 127-136.
[14] M. M. Villaverde, N. M. Bertero, T. F. Garetto, A. J. Marchi, Catal. Today, 2013, 213, 87-92.
[15] M. M. Villaverde, T. F. Garetto, A. J. Marchi, Catal. Commun., 2015, 58, 6-10.
[16] A. Mandalika, L. Qin, T. K. Satob, T. Runge, Green Chem., 2014, 16, 2480-2489.
[17] S. Bhogeswararao, D. Srinivas, J. Catal., 2015, 327, 65-77.
[18] B. P. Bhardwaj, Steel and Iron Handbook, NPCS, Delhi, 2014, 352-356.
[19] H. Q. Li, X. Liu, Q. Zhang, S. S. Li, Y. M. Liu, H. Y. He, Y. Cao, Chem. Commun., 2015, 51, 11217-11220.
[20] L. He, L. C. Wang, H. Sun, J. Ni, Y. Cao, H. Y. He, K. N. Fan, Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 9538-9541.
[21] L. He, F. J. Yu, X. B. Lou, Y. Cao, H. Y. He, K. N. Fan, Chem. Commun., 2010, 46, 1553-1555.
[22] J. Huang, L. Yu, L. He, Y. M. Liu, Y. Cao, K. N. Fan, Green Chem., 2011, 13, 2672-2677.
[23] S. S. Li, X. Liu, Y. M. Liu, H. Y. He, K. N. Fan, Y. Cao, Chem. Commun., 2014, 50, 5626-5628.
[24] L.Yu, X. L. Du, J. Yuan, Y. M. Liu, Y. Cao, H. Y. He, K. N. Fan, ChemSusChem, 2013, 6, 42-46.
[25] X. Liu, H. Q. Li, S. Ye, Y. M. Liu, H. Y. He, Y. Cao, K. N. Fan, Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 7624-7629.
[26] M. M. Wang, L. He, Y. M. Liu, Y. Cao, H. Y. He, K. N. Fan, Green Chem., 2011, 13, 602-607.
[27] X. L. Du, L. He, S. Zhao, Y. M. Liu, Y. Cao, H. Y. He, K. N. Fan, Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 7815-7819.
[28] L. Tao, Q. Zhang, S. S. Li, X. Liu, Y. M. Liu, Y. Cao, Adv. Synth. Catal., 2015, 357, 753-760.
[29] L. J. Liu, H. L. Zhao, J. M. Andino, Y. Li, ACS Catal., 2012, 2, 1817-1828.
[30] Q. Y. Bi, X. L. Du, Y. M. Liu, Y. Cao, H. Y. He, K. N. Fan, J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 8926-8933.
[31] L. Yu, Q. Zhang, S. S. Li, J. Huang, Y. M. Liu, H. Y. He, Y. Cao, ChemSusChem, 2015, 8, 3029-3035.
[32] L. C. Wang, X. S. Huang, Q. Liu, Y. M. Liu, Y. Cao, H. Y. He, K. N. Fan, J. H. Zhuang, J Catal., 2008, 259, 66-74.
[33] K. J. Zeitsch. Sugar. Ser., 2000, 13, 75-85.
[34] K. J. Zeitsch. Sugar. Ser., 2000, 13, 28-33.

水相介质中负载纳米金催化CO高选择性还原糠醛

Highly selective supported gold catalyst for CO-driven reduction of furfural in aqueous media

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

扫码分享

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

[1]	石靖, 郭煜华, 谢飞, 章名田, 张洪涛. 氧化还原活性配体的电子效应对钌催化水氧化反应的影响[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 271-279.
[2]	张季, 俞爱民, 孙成华. 非金属掺杂石墨烯异核双原子催化剂氮还原特性研究[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 263-270.
[3]	胡金念, 田玲婵, 王海燕, 孟洋, 梁锦霞, 朱纯, 李隽. MXene负载3d金属单原子高效氮还原电催化剂的理论筛选[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 252-262.
[4]	洪岩, 王琦, 阚子旺, 张禹烁, 郭晶, 李思琦, 刘松, 李斌. 电化学氮还原氨反应催化剂的最新研究进展[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 50-78.
[5]	孙嘉辰, 陈赛, 付东龙, 王伟, 王显辉, 孙国栋, 裴春雷, 赵志坚, 巩金龙. 氧扩散与表面反应在VO_x-Ce_1‒_xZr_xO₂催化丙烷脱氢反应中的影响[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 217-227.
[6]	刘勇, 赵晓丽, 隆昶, 王晓艳, 邓邦为, 李康璐, 孙艳娟, 董帆. 原位构筑动态Cu/Ce(OH)_x界面用于高活性、高选择性和高稳定性硝酸盐还原合成氨[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 196-206.
[7]	高晖, 张恭, 程东方, 王永涛, 赵静, 李晓芝, 杜晓伟, 赵志坚, 王拓, 张鹏, 巩金龙. 构建Cu台阶位促进电催化CO₂还原制醇类化学品的研究[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 187-195.
[8]	王思恺, 闵祥婷, 乔波涛, 颜宁, 张涛. 单原子催化: 追寻催化领域的“圣杯”[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 1-13.
[9]	张雯, 宋彩彩, 王嘉蔚, 蔡舒婷, 高梦语, 冯有祥, 鲁统部. 双向主客体作用促进水溶液中选择性光催化CO₂还原与醇氧化[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 176-186.
[10]	邹心仪, 顾均. 酸性条件下二氧化碳高效电还原策略[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 14-31.
[11]	赵磊, 张震, 朱昭昭, 李平波, 蒋金霞, 杨婷婷, 熊佩, 安旭光, 牛晓滨, 齐学强, 陈俊松, 吴睿. 缺陷氮掺杂碳耦合Co-N₅单原子位点用于高效锌-空气电池[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 216-224.
[12]	宋明明, 宋相海, 刘鑫, 周伟强, 霍鹏伟. ZnIn₂S₄/MOF-808微球结构S型异质结光催化剂的制备及其光还原CO₂性能研究[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 180-192.
[13]	李晓娟, 祁明雨, 李婧宇, 谭昌龙, 唐紫蓉, 徐艺军. PdS修饰的ZnIn₂S₄复合材料用于可见光催化硫醇偶联制备二硫化物同时产氢[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 55-65.
[14]	邵秀丽, 李可, 李静萍, 程强, 王国宏, 王楷. 揭示NiS@Ta₂O₅纳米纤维中梯型电荷转移路径及光催化CO₂转化性能[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 193-203.
[15]	殷楠, 陈伟斌, 杨勇, 唐钲, 李攀杰, 张潇月, 唐兰勤, 王天宇, 王阳, 周勇, 邹志刚. 具有高效激子解离和明确反应位点的Tröger碱基三维多孔芳基有机骨架及其光催化近单一选择性CO₂转化[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 168-179.