木质素在不同Ru/Nb基催化剂上解聚和脱氧加氢制芳烃化合物

木质素高效转化为芳烃是木质素利用的一个非常重要的过程,一般通过解聚和脱氧加氢反应来实现.我们曾发现NbOx物种在木质素及其模型化合物的C–O键活化和断裂的过程中发挥了至关重要的作用.本文分别选择两种商业的铌基材料(HY-340和NbPO-CBMM)和实验室自制的具有层状结构的氧化铌材料(Nb_2O_5-Layer)为载体,制备了负载型Ru催化剂,将其用于木质素及其模型化合物的催化转化.同时,为了尽量避免Ru与铌基载体相互作用的影响,制备了较为均匀的Ru纳米胶粒并吸附于铌基载体上,得到Ru@铌基催化剂,并用于木质素模型化合物—对甲酚的催化转化反应中.研究表明,木质素在所有的Ru/铌基催化剂上都可以得到比较高的C7–C9碳氢化合物的收率.其中,在Ru/Nb_2O_5-Layer催化剂上C_7–C_9碳氢化合物的摩尔收率为99.1%,选择性为88.0%.采用X射线衍射、N_2吸附-脱附、热重分析、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)以及CO化学吸附等技术表征了Ru/铌基催化剂的性能与铌基材料的性质、金属Ru颗粒大小及其表面电子状态之间的关系.Py-FTIR结果表明, Nb_2O_5-Layer材料上几乎没有Br?nsted酸,但含有最多的Lewis酸,而NbPO-CBMM上的Lewis酸量最低.结合催化性能数据发现,单体产物收率与铌基载体的Lewis量成正相关关系,其中以Ru/Nb_2O_5-Layer催化剂上最高.CO化学吸附和XPS结果表明,不同的铌基载体负载的金属Ru的分散度和电子状态都有差异.在Ru/Nb_2O_5-Layer上Ru的分散度最好,颗粒尺寸最小,木质素转化得到的芳烃选择性最好;在Ru/HY-340和Ru/NbPO-CBMM上,虽然Ru的分散度相近,但其表面电子状态不同, Ru/HY-340上的金属态Ru带有更多的正电荷δ+,其得到芳烃的选择性高于Ru/Nb PO-CBMM.由此可见, Ru的颗粒尺寸和表面电子状态会影响芳烃选择性.对甲酚催化转化反应结果表明, Ru颗粒大小相同时,铌基载体性质会影响对甲酚转化率;而同一铌基载体上, Ru颗粒大小则影响芳烃选择性,较小的Ru颗粒有利于芳烃的生成.