针对生物质加氢脱氧的疏水沸石担载金属双功能催化材料的设计合成

Zeolite, one of the most important industrial catalysts, has the most significant feature of shape selectivity in the zeolite micropores, which means the microporous channels enable to control the diffusion of various molecules with different diameters and shapes. Therefore, it is crucial to adjust the microporous environment to control the molecule diffusion for enhancing the catalytic performances. In the project, we hope to functionalize the organic groups into the zeolite framework for enhancing the hydrophobicity, where the widely investigated ZSM-5, Beta, and Y were employed. Subsequently, the metal nanoparticles were loaded on the hydrophobic zeolite crystals to achieve bi-functional catalysts, whose catalytic performances were studied in the hydrodeoxygenation of biomass-derived platform molecules. We hope the hydrophobic catalysts enable to motivate the fast diffusion of water molecules, which benefits the shift of reaction balance to the C-O bond cleavage, enhancing the selectivity of hdyrodeoxygenated products. The route in this work would guide the design and synthesis of catalysts with superior performances in hydrodeoxygenation. Meanwhile, by understanding the reaction mechanism, we would try to build a material system on the basis of hydrophobic zeolite for achieving superior performances in hydrodeoxygenation.

沸石分子筛作为重要的工业催化材料其最大的特点是沸石微孔孔道具有催化择形性，即沸石孔道对不同大小和形状的分子具有不同的扩散限制作用。因此，调变孔道环境来控制分子的扩散效率对于提高催化性能至关重要。本项目期望在沸石骨架中修饰有机基团以提高其疏水性，我们选择最为广泛使用的ZSM-5、Beta和Y沸石作为研究对象进行疏水性调控，进一步担载金属纳米颗粒制备双功能催化材料并研究其对系列生物质平台分子的加氢脱氧性能。期望疏水的催化材料能够促进水分子快速扩散，推动反应向断裂C-O键的方向进行，达到提高脱氧产物选择性的目的，获得比传统催化材料更优异的性能，该方法对于设计合成具有优异性能的加氢脱氧催化材料具有一定指导作用。同时，深入理解反应机理，尝试建立以疏水沸石材料为基础的高性能生物质加氢脱氧催化材料体系。

本项目开展了沸石分子筛等多种多相催化剂的设计合成与结构调控，通过担载具有反应活性的金属纳米颗粒制备双功能催化材料，并研究它们在一系列重要有机分子转化反应中的性能调变规律。综合研究了沸石分子筛的构筑方法、金属-载体强相互作用、结构影响分子扩散的规律、表面的金属纳米颗粒担载方法、在不同反应中的构效关系等，研究载体和金属中心的协同作用机制，致力于解决催化材料的活性、选择性和稳定性等问题。具体研究包括：（1）多相催化材料的设计合成；（2）催化剂结构对反应分子的扩散作用机制；（3）金属-载体之间强相互作用及其在催化反应中的作用等。.具体成果包括：（1）设计合成系列负载型金属催化剂，并研究了金属-载体强相互作用对催化性能的影响；（2）设计合成疏水的沸石分子筛材料，调变沸石的拓扑结构和组成，研究不同沸石结构中的组装机制，并进一步担载金属纳米颗粒制备双功能材料；（3）研究各催化剂对系列生物质分子或有机分子的催化性能及构效关系。.该项目研究目标完成，开发了多种多相催化材料，并将其应用在若干分子催化反应中，针对目标反应筛选出性能优异的催化材料。以第一或通讯作者发表SCI论文5篇。其中TOP论文3篇，包括ACS Sustainable Chemistry & Engineering 两篇, Journal of Colloid and Interface Science 一篇；另外两篇为Industrial & Engineering Chemistry Research 一篇，Journal of Materials Research and Technology 一篇。另外以共同作者发表论文若干。