浙江大学侯昭胤团队: 稳定性&活性优异的高熵铜基环己醇脱氢催化剂

学术   2024-12-09 11:10   英国  

研究背景

环己酮是重要的中间体,需求量逐年增加。目前,环己酮的生产主要采用 Cu 基催化剂作用下的环己醇脱氢工艺。然而,该反应存在热力学平衡、单程转化率低的问题;虽然升高温度有利于提高环己醇的转化率,但 Cu 基催化剂在高温下易团聚失活。因此,如何设计高温下稳定的 Cu 基催化剂成为研究热点。
另一方面,环己醇脱除的氢分离困难,难以被直接利用;引入氢受体将环己醇脱除的氢直接用于加氢,是提高环己醇转化率及原子经济性的有效策略。

文章简介

近日,浙江大学侯昭胤教授团队以高熵水滑石材料为前驱体制备了新颖的 Cu 基催化剂,该催化剂在环己醇脱氢耦合丙酮加氢反应中表现出优异的活性和稳定性。
  • Figure 1. 高熵水滑石衍生的 Cu 基催化剂用于环己醇脱氢耦合丙酮加氢。

该工作首先以共沉淀法制备了高熵水滑石材料 (Cu0.75Zn0.15Mg7.1Al1Sc1(OH)20CO3),进一步焙烧得到高熵铜基催化剂 (Cu0.75Zn0.15Mg7.1Al1Sc1O11-HEO)。制备条件温和、操作简单,为高熵催化剂的制备提供了新路径。结果表明,Cu0.75Zn0.15Mg7.1Al1Sc1O11-HEO 具有较大的比表面积 (157 m2·g-1),较高的碱性和 Cu 分散度 (74.0%)。相较于其他二组分、三组分和四组分催化剂体系,还原后的 Cu0.75Zn0.15Mg7.1Al1Sc1O11-HEO 催化剂在环己醇脱氢反应中表现出很高的活性和高稳定性。

为进一步提高环己醇的转化率,该研究还创新性地在环己醇脱氢反应中引入丙酮作为氢受体,将环己醇脱氢与丙酮加氢反应相耦合。这不仅显著提高了环己醇的转化率,同时还生成了又一高附加值产物(异丙醇)。

这些结果为相关催化剂的制备及反应体系设计提供了新思路和新想法。目前,该成果以“High-entropy oxide-derived Cu catalysts for the coupling reaction of cyclohexanol dehydrogenation with acetone hydrogenation”(《高熵 Cu 基催化剂在环己醇脱氢耦合丙酮加氢反应中的应用》) 为题,发表在英国皇家化学会期刊 Journal of Materials Chemistry A 上,并入选为 hot article

论文信息

  • High-entropy oxide-derived Cu catalysts for the coupling reaction of cyclohexanol dehydrogenation with acetone hydrogenation

    Rui Li, Yingdan Ye, Yibin Zhang, Huaiyuan Zhao, Weichen Du, and Zhaoyin Hou*侯昭胤,浙江大学)

    J. Mater. Chem. A, 2024, 12, 28753-28763
    https://doi.org/10.1039/D4TA04618H

作者简介

李锐 硕士研究生
浙江大学
本文第一作者,浙江大学化学系 2022 级硕士研究生,从事水滑石材料衍生金属催化剂的制备及催化研究。






侯昭胤 教授
浙江大学

本文通讯作者,浙江大学化学系催化研究所教授,化学一级学科博导、材料化工学科专业学位博导。作为主持或者主要成员先后完成科技部 973 课题、863 课题和国家自然科学基金等 9 项,完成浙江省自然科学基金重点项目和浙江省科技计划重点项目 5 项;目前主持浙江省科技计划重点项目 1 项。申请国家发明专利 61 项,已经获得授权 49 项。发表署名文章 230 多篇,其中第一作者或者通信作者 170 多篇,学术成果被引用超 13000 次、H 指数 65。主要从事二维材料、固体酸、高熵材料、石墨烯、MOFs 等材料的设计、合成及其在废旧塑料降解、生物质转化等反应中的应用。

期刊介绍

Materials with applications in energy & sustainability

rsc.li/materials-a

J. Mater. Chem. A

2-年影响因子*10.7
5-年影响因子*10.8
JCR 分区*Q1能源与燃料
Q1化学-物化
Q1材料-多学科
CiteScore 分19.5
中位一审周期30 


Journal of Materials Chemistry A和 报道材料化学各领域的高质量理论或实验研究工作。这三本期刊发表的论文侧重于报道对材料及其性质的新理解、材料的新应用以及材料合成的新方法。Journal of Materials Chemistry A和 的区别在于所报道材料的不同预期用途。粗略的划分是,Journal of Materials Chemistry A 报道材料在能源和可持续性方面的应用,Journal of Materials Chemistry B 报道材料在生物学和医学方面的应用,Journal of Materials Chemistry C 报道材料在光学、磁学和电子设备方面的应用。

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  • Kisuk Kang
    🇰🇷 首尔国立大学

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    🇩🇪 慕尼黑工业大学

  • Miriam Unterlass
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    🇨🇳 中科院理化所

  • Yusuke Yamauchi
    🇦🇺 昆士兰大学

  • Zhen Zhou (周震)
    🇨🇳 南开大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
 CiteScore 2023 by Elsevier
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