新型催化劑 助力提取廢棄物中的山梨醇

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日前，南京工業大學先進材料研究院房貞蘭教授團隊與德國卡爾斯魯厄理工學院的汪躍民教授團隊另闢蹊徑，通過簡單的水熱合成方法制備出具有極高催化性能和良好穩定性的催化劑，成果近日發表於國際期刊《自然·通訊》上。

山梨醇可用於食品、醫藥、工業生產等，具有很高的經濟價值。從秸稈、樹枝等農業廢棄物中獲得的葡萄糖單體，經過氫化反應，即可轉化為山梨醇等具有高附加值的化學品。而這一轉化過程的關鍵，在於化學催化或生物催化過程中使用的催化劑。

“金屬有機框架簡稱為MOF，是在簡單的水熱條件下，由金屬陽離子和有機配體自組裝而成的催化劑載體。與酶或金屬氧化物等催化劑相比，MOF異相催化劑具有比表面積高、孔徑和孔隙率可調、金屬單活性位點分散性好和可負載活性組分等獨特優勢,這讓MOF異相催化劑為各種含糖類生物質衍生物的轉化提供了無限可能。”論文第一作者、南京工業大學博士生張毓瑋介紹。

由於該催化劑在實際反應條件下重複使用性較差，嚴重阻礙了其在催化劑領域的應用，因此課題組通過人為設計缺陷的策略，即在合成過程中加入與原始配體結構相似的缺陷配體，在MOF異相催化劑中人為植入了兩種類型的缺陷位點，從而合成了一系列缺陷設計MOF異相催化劑,簡稱DEMOF異相催化劑。

“非常有趣的是，研究結果證明了我們先前的設想，即利用人為植入的缺陷、負載的釕貴金屬活性組分和原始金屬單活性位點三者的協同催化作用，實現了所製備的DEMOF異相催化劑對葡萄糖選擇性加氫製備山梨醇的反應活性、選擇性和循環穩定性的同時提高。”房貞蘭表示，該研究合成的一系列DEMOF催化劑，其轉換頻率值均為目前已經報道的用於葡萄糖氫化反應的催化劑的10倍以上，技術處於國際領先水平。

房貞蘭介紹，更重要的是，在連續循環催化12次後，催化劑依舊能保持很高活性。此外，這一轉化過程中所用溶劑為水，這將極大削減催化劑使用成本，減少資源消耗，降低環境污染。

房貞蘭表示，該研究不僅提高了催化劑活性和穩定性，更重要的是證明了不同類型的缺陷引發的不同的反應路徑，這為後續催化劑的設計合成提供了新的思路和理論支持。