近日，齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）材料科學(xué)與工程學(xué)部趙學(xué)波教授科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)際催化領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Applied Catalysis B: Environmental（IF：22.1）上發(fā)表題為“Highly-dispersed surface NiO species and exposed Ni (200) facets facilitating activation of furan ring for high-efficiency total hydrogenation of furfural”的研究論文（DOI：10.1016/j.apcatb.2023.123501），深入探究了Ni基催化劑在糠醛轉(zhuǎn)化為四氫糠醇反應(yīng)中的反應(yīng)機(jī)理和本征活性位點(diǎn)。其中，Ni/C-400樣品在溫和條件下四氫糠醇的產(chǎn)率高達(dá)98.5%。通過(guò)XPS和XAS測(cè)試證實(shí)了Ni/C-400樣品中存在豐富的與催化活性密切相關(guān)的表面NiO物種。研究表明，Ni金屬微觀結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié)對(duì)反應(yīng)物的吸附能力有極其顯著的影響，從而影響加氫反應(yīng)的活性。論文第一作者為付秋菊博士研究生，閆理停副教授、王海彥教授、趙學(xué)波教授為該論文的聯(lián)合通訊作者。
鎳基催化劑因其較高活化H2的能力而在加氫領(lǐng)域中成為一種極具前景的催化劑候選者。然而，關(guān)于催化劑結(jié)構(gòu)（如活性位點(diǎn)以及金屬暴露晶面）如何影響糠醛、糠醇分子吸附構(gòu)型的機(jī)理仍然缺乏細(xì)致的研究?？啡┘託渲苽渌臍淇反嫉姆磻?yīng)機(jī)理和本征活性位點(diǎn)還不明確，這限制了高效催化劑的設(shè)計(jì)和制備。在本文中，作者深入研究了鎳基催化劑中表面氧化鎳物種與暴露晶面對(duì)反應(yīng)物糠醛分子與氫氣分子的吸附影響，并揭示出表面氧化鎳物種與Ni（200）晶面協(xié)同活化呋喃環(huán)，是糠醛分子全加氫反應(yīng)能夠進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。作者以二維納米片自組裝的三維花簇狀金屬有機(jī)框架化合物（MOF）Ni-BDC為自犧牲模板，在不同熱處理溫度下制備了Ni/C-T催化劑。通過(guò)XPS和XAS測(cè)試證實(shí)了Ni/C-400樣品中存在豐富的表面NiO物種。此外，糠醛/糠醇-程序升溫脫附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，Ni/C-400樣品與反應(yīng)物具有較強(qiáng)的吸附相互作用，在80 ℃、1 MPa的氫氣壓力條件下反應(yīng)4 h，四氫糠醇的產(chǎn)率達(dá)到98.5%。通過(guò)理論計(jì)算表明，表面NiO物種與Ni（200）晶面協(xié)同，增強(qiáng)Ni表面與糠醛、糠醇、H2分子間的吸附相互作用。該研究表明，Ni金屬微觀結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié)對(duì)反應(yīng)物的吸附能力有極其顯著的影響，從而影響加氫反應(yīng)的活性。在該工作中，我們提出和證實(shí)了Ni-MOF衍生的鎳碳材料的表面氧化鎳物種是高效催化糠醛加氫制四氫糠醇的催化活性位點(diǎn)，突破了現(xiàn)有鎳基催化劑糠醛加氫的催化活性理論，是非常重要和有意義的研究成果！
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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092633732301144X