物理化学学报 >> 2022, Vol. 38 >> Issue (10): 2204031.doi: 10.3866/PKU.WHXB202204031
所属专题: 生物质催化转化
收稿日期:
2022-04-18
录用日期:
2022-05-06
发布日期:
2022-05-16
通讯作者:
傅尧
E-mail:fuyao@ustc.edu.cn
作者简介:
第一联系人:†These authors contributed equally to this work.
基金资助:
Jianan Teng1,2, Guangyue Xu1,2, Yao Fu1,2,*()
Received:
2022-04-18
Accepted:
2022-05-06
Published:
2022-05-16
Contact:
Yao Fu
E-mail:fuyao@ustc.edu.cn
About author:
Yao Fu, Email: fuyao@ustc.edu.cn; Tel.: +86-551-63607476Supported by:
摘要:
2, 5-呋喃二甲酸二甲酯(DMFDCA)这一生物质衍生的增值化学品是石油基聚合物单体对苯二甲酸(TPA)的理想替代品。本研究采用一步共热解法合成了两种廉价金属修饰的氮掺杂多孔碳催化剂CoMn@NC,并将其用于5-羟甲基糠醛(HMF)在温和条件下的需氧氧化。由Co3Mn2@NC-800催化HMF在50 ℃和常压氧气的条件下反应12 h后,得到产率为85%的DMFDCA。多孔催化剂的高比表面积提高了传质效率。Co纳米粒子(NPs)和呈原子级分散的Mn与掺杂在碳中的氮配位形成M―Nx。富含吡啶氮的碳基体中的缺电子金属位点有利于HMF和氧的活化。氧形成的超氧自由基阴离子的存在确保了半缩醛中间体和5-(羟基甲基)-2-糠酸甲酯(HMMF)的羟甲基的脱氢氧化,从而高选择性得到DMFDCA。该催化剂性能稳定,可适用于各种取代芳醇。该催化体系具有用于生产聚合物单体羧基酯的应用潜力。
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Table 1
Screening of catalysts a, b."
Entry | Catalyst | Conversion/% | Yield/% c | |||
DMFDCA | HMMF | FMF | MFDCA | |||
1 | – | 0 | n.d. | n.d. | n.d. | n.d. |
2 | Co@NC-800 | 94 | 8 | 25 | n.d. | 8 |
3 | Mn@NC-800 | 55 | < 5 | < 5 | n.d. | n.d. |
4 | Co3Mn1@NC-800 | 97 | 8 | 25 | n.d. | 7 |
5 | Co3Mn2@NC-800 | 99 | 80 | < 5 | < 5 | 14 |
6 | Co3Mn3@NC-800 | 98 | 23 | 13 | n.d. | < 5 |
7 | Co3Mn2@NC-700 | 99 | 51 | 6 | < 5 | 7 |
8 | Co3Mn2@NC-900 | 94 | 15 | 18 | n.d. | < 5 |
9 d | Co3Mn2@NC-800 | 97 | 60 | 22 | n.d. | 15 |
10 | Co3Mn2@NC-800(without P123) | 95 | 11 | 18 | n.d. | 18 |
11 | Co3Mn2@NC-800 (without HNO3) | 96 | 15 | 16 | n.d. | 8 |
Fig 4
(a) C 1s XPS spectrum of Co3Mn2@NC-800. (b) Co 2p XPS spectrum of Co3Mn2@NC-800. (c) Mn 2p XPS spectrum of Co3Mn2@NC-800. N 1s XPS spectra of (d) Co3Mn2@NC-700, (e) Co3Mn2@NC-800, (f) Co3Mn2@NC-900, (g) Co@NC-800 and (h) Mn@NC-800. (i) schematic demonstration of the structure and electronic interaction of CoMn@NC revealed by XPS spectra."
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