Omvandlingen av riklig biomassa och deras derivat till högt förädlade bränslen och kemikalier är tänkt som en lovande grön väg för att minska vårt beroende av konventionella fossila resurser. Bland dem, pyrolysen av lignocellulosa har blivit ett grönt och ekonomiskt sätt för massproduktion av biooljor för att ersätta fossila bränslen. Dock, på grund av det rika syreinnehållet, de erhållna biooljorna har relativt låg energitäthet och kan orsaka skador på motorer. Den katalytiska hydrodeoxygeneringen (HDO) har därför använts för att uppgradera biooljor med hög energitäthet genom att selektivt avlägsna syreinnehåll.

Som en direkt lignocellulosapyrolysprodukt, vanillin kan uppgraderas till 2-metoxi-4-metylfenol (MMP) via HDO. Den erhållna MMP har breda tillämpningar inte bara som ett bränsle med hög energidensitet utan också som en viktig mellanprodukt för att syntetisera läkemedel och dofter. Därför, Det krävs utveckling av effektiva oädelmetallkatalysatorer som kan selektivt HDO av vanillin till MMP i vatten.

Den synergetiska effekten av de legerade nanopartiklarna (NP)-baserade katalysatorerna har med fördel utnyttjats för att dramatiskt förbättra katalysatorprestanda för att uppgradera biomassa och biomassaderivat till högt värderade kemikalier och bränslen. I allmänhet, grupp VIII-metallerna (Ni, Ru, Rh, Pd, Pt) har hög katalytisk aktivitet för hydrering av omättade C=C-bindningar och C=O-bindningar. Av denna anledning, oädla Ni-baserade katalysatorer har använts i stor utsträckning för att katalysera HDO-reaktioner, men uppvisar begränsad selektivitet mot syrefria produkter. För att förbättra deoxygeneringsaktiviteten och selektiviteten hos Ni-baserade katalysatorer, Att förena Ni med andra metaller för att bilda legerade NP är en effektiv strategi.

Nyligen, en forskargrupp ledd av prof. Huijun Zhao från Institute of Solid State Physics, HFIPS, CAS, Kina rapporterar den kontrollerbara syntesen av väldefinierade Ni-Co-legeringar som begränsas av N-dopade kolnanorör (N-CNT) och deras tillämpning som en effektiv HDO-katalysator för att omvandla vanillin, dess derivat och andra aromatiska aldehyder till motsvarande MMP och deoxygenerade produkter. De experimentella resultaten visar att den syntetiserade Ni-Co-legeringen NPs-katalysatorn (NiCo@N-CNTs/CMF) helt kan omvandla vanillin till MMP med en 100 % selektivitet under milda reaktionsförhållanden, överträffar de rapporterade högpresterande oädla HDO-katalysatorerna. Imponerande nog, Katalysatorn uppvisar utmärkt HDO-katalytisk prestanda mot ett brett spektrum av vanillinderivat och andra aromatiska aldehyder med 100 % omvandlingseffektivitet och hög selektivitet (91,5 % till 100 %). DFT-beräkningarna och experimentella resultat bekräftar att den uppnådda enastående katalytiska HDO-prestandan beror på den kraftigt främjade selektiva adsorptionen och aktiveringen av C=O, och desorption av de aktiverade vätetyperna genom synergismen av de legerade Ni-Co NP:erna. Resultaten av detta arbete ger en ny strategi för att designa och utveckla effektiva övergångsmetallbaserade katalysatorer för HDO-reaktioner i vatten.

Resultaten publicerades i Chinese Journal of Catalysis .