Hydrogenation of biomass-derived compounds containing a carbonyl group over a copper-based nanocatalyst: Insight into the origin and influence of surface oxygen vacancies

催化作用 化学 纳米材料基催化剂 乙酰丙酸 无机化学 纳米颗粒 吸附 化学工程 有机化学 工程类
作者
Qi Hu,Lan Yang,Guoli Fan,Feng Li
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier]
卷期号:340: 184-195 被引量:110
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2016.05.008
摘要

New Mn-containing spinel-supported copper nanocatalysts were directly generated via a Cu–Mn–Al layered double hydroxide precursor route and employed in gas-phase hydrogenation of dimethyl succinate (DMS) to γ-butyrolactone (GBL). It was found that the introduction of manganese into catalyst precursors led to the formation of Mn-containing spinel phases, thereby giving rise to highly dispersive Cu0 nanoparticles and a large number of surface defects (i.e., oxygen vacancies (Ov), Mn2+ species) in reduced catalysts. As-formed copper-based nanocatalysts exhibited exceptional catalytic hydrogenation performance with stability enduring up to 100 h. Such high catalytic efficiency could reasonably be attributed to the surface synergism between Mn2+–Ov–Mn2+ defect structures and active metallic copper species, which controlled the key to hydrogenation related to the adsorption of DMS molecules and following activation of carbonyl groups and the dissociation of hydrogen. Most importantly, such copper-based nanocatalysts displayed great potential applications in the hydrogenations of other biomass-derived compounds containing carbonyl groups (e.g., acetol, levulinic acid, levulinic acid esters, and furfural). The present strategy enables us to tune the surface structures of catalysts for designing new type of copper-based catalysts with significantly enhanced catalytic performance.
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