【催化】可控的甘油碳-氧键断裂反应

甘油是生物柴油生产中的主要副产物。随着生物柴油产量的增加，对其副产物甘油的有效利用也变得同样重要。加氢脱氧反应（HDO）是一种通过选择性断裂碳-氧键，将甘油转化成高价值化工产品的反应之一。甘油含有多个羟基，通过断裂不同数目的碳氧键，甘油可以转化成丙二醇、丙醛、丙烯醇、丙烯等C3产物。目前已有多种催化剂用于不同的甘油加氢脱氧反应。然而，在不同的加氢脱氧反应中，对甘油断裂不同数目碳-氧键的反应机理仍有待探索。

近日，美国哥伦比亚大学（Columbia University）、布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）陈经广教授课题组及美国南卡罗莱纳大学（University of South Carolina）的Andreas Heyden课题组共同报道了碳化钼负载的铜催化表面，实现了可控的甘油碳-氧键断裂反应。他们结合程序控制升温脱附（TPD）与高分辨电子能量损失谱（HREELS）实验研究了铜表面覆盖度对甘油碳-氧键断裂反应的影响。碳化钼表面能使甘油全部碳-氧键断裂，进而生成丙烯。随着铜表面覆盖度的增加，碳化钼和铜的界面使甘油断裂两个碳-氧键生成丙烯醇，部分丙烯醇在铜表面催化下生成丙醛。在铜覆盖的表面上，甘油断裂一个碳-氧键生成丙醛醇。实验结果表明，铜能够降低碳化钼表面的亲氧性，并减少甘油断裂碳-氧键的数量。铜对表面亲氧性的影响在HREELS实验中进一步证实。

同时，他们利用密度泛函理论（DFT）深入研究了各个基元反应中间态与始末态之间的能量变化，继而得出各反应阶段的活化能，阐明了甘油在不同铜覆盖度下的反应机理。这项研究阐述并论证了通过改变表面亲氧性实现调控甘油选择性碳-氧键断裂这一新策略的可行性。

这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的共同第一作者是哥伦比亚大学的博士研究生万维明与南加州大学的Salai C. Ammal博士。研究工作得到美国自然科学基金以及美国国家能源部的支持。

该论文作者为：Weiming Wan, Salai C. Ammal, Zhexi Lin, Kyung-Eun You, Andreas Heyden & Jingguang G. Chen

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Controlling reaction pathways of selective C–O bond cleavage of glycerol

Nat. Commun., 2018, 9, 4612, DOI: 10.1038/s41467-018-07047-7

导师介绍

陈经广

https://www.x-mol.com/university/faculty/37845

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