高效Mn-Co氧化物催化5-羟甲基糠醛氧化合成2,5-呋喃二甲酸

通过催化氧化生物质基平台分子5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural，HMF）制备得到的2,5-呋喃二甲酸（2,5-furandicarboxylic acid，FDCA）是一种极具应用前景的可再生聚合单体，近年来相关研究吸引了学术界和工业界的广泛关注。近日，厦门大学生物质燃料与化学品团队设计合成了一种具有高晶格氧活性的Mn-Co氧化物催化剂，其可以在空气氧条件下高效催化HMF氧化合成FDCA。

目前用于合成FDCA的催化剂仍然以贵金属催化剂为主，开发廉价高效的非贵金属催化剂依然非常具有挑战性。鉴于此，针对非贵金属Mn基催化剂催化效率低的难题，该研究中设计了一种维生素C（VC）辅助的研磨法制备了富含氧空位的介孔Mn-Co氧化物催化剂，其在空气氧条件下可以高效催化氧化HMF，FDCA得率可达96%（130 °C，3 h，1.5 MPa 空气）。值得注意的是，上述Mn-Co氧化物催化条件下的FDCA生成速率高达2611 μmol‧g^-1‧h^-1，这一数值是其他锰基催化剂的2.7-24.9倍。

该研究通过结合试验和模拟理论计算的方法，证明了VC辅助制备的Mn-Co氧化物中富含氧空位（O_v）。O_v浓度提高不仅可以削弱O_v附近Mn-O键强度，从而产生具有更高催化活性的晶格氧（O_L）；还有利于降低HMF和O₂的吸附能，促进二者在催化剂表面的吸附和活化过程，从而提高HMF的氧化效率。该研究不仅揭示了O_v在催化氧化反应过程中的作用，还提供了一种绿色、简便的制备富含O_v氧化物催化剂的方法。

这一成果近期发表在ACS Catalysis 上，文章的第一作者是厦门大学博士研究生刘淮，通讯作者为林鹿教授和唐兴副教授。

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Vitamin C-Assisted Synthesized Mn–Co Oxides with Improved Oxygen Vacancy Concentration: Boosting Lattice Oxygen Activity for the Air-Oxidation of 5-(Hydroxymethyl) furfural

Huai Liu, Wenlong Jia, Xin Yu, Xing Tang*, Xianhai Zeng, Yong Sun, Tingzhou Lei, Huayu Fang, Tianyuan Li, and Lu Lin*

ACS Catal., 2021, 11, 7828-7844, DOI: 10.1021/acscatal.0c04503