Synergy Effects between Oxygen Groups and Defects in Hydrodeoxygenation of Biomass over a Carbon Nanosphere Supported Pd Catalyst

加氢脱氧 催化作用 碳化 碳纤维 氢解 间苯二酚 化学 化学工程 吸附 材料科学 有机化学 复合数 选择性 工程类 复合材料
作者
Hao Huang,Rui Zong,Hao Li
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:8 (42): 15998-16009 被引量:80
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.0c06122
摘要

This work reports an innovative route for biomass upgrading via hydrodeoxygenation (HDO) reactions which avoids external high-pressure hydrogen supply and harsh conditions (such as high-temperature or additives). A novel Pd/CFR catalyst with controllable oxygen groups and defects was synthesized with low-load Pd supported on resorcinol–formaldehyde resin carbon spheres (CFR) for selective hydrodeoxygenation of vanillin under mild conditions. The as-prepared Pd/CFR-800 catalyst shows excellent activity (>99.5% yield of 2-methoxy-4-methylphenol) using polymethylhydrosiloxane (PMHS) as green hydride source within 1 h at 70 °C, in the absence of additives. According to spectral analyses, the concentration of carbon skeleton defects and hydroxyl functional groups on the catalyst can be adjusted by the carbonization temperature. Combined with experimental results and mechanistic studies, the synergistic effect of hydroxyl groups and adjacent defects was deemed as the main reason for the strong adsorption of the substrate, which significantly facilitated the key hydrogenolysis step. Furthermore, the as-prepared Pd/CFR-800 catalyst has shown excellent recyclability after used for five times. The in situ regulation of functional groups and defects on carbon materials provides new ideas for designing high-performance catalysts for the catalytic transformation of various lignin derivatives.

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