通過共沉淀法將等摩爾的Ni和Cu分散在不同摩爾比的Al上，合成Ni-Cu合金顆粒，通過糠醛液相加氫獲得最高產率的四氫糠醇（THFA）。鎳物種對糠醛分子的呋喃環（C=C）和羰基（C=O）均具有活性，而銅物種僅對糠醛分子的羰基具有高活性。通過系統表征進行分析，等摩爾催化劑形成了高活性的Ni-Cu合金和接近相等的Ni/Cu表面含量，在140℃、30bar、4h條件下THFA的最大產率為98 mol%。反應壓力和溫度對產物收率有顯著影響。溶劑的選擇也影響了產物的選擇性，特別是2-丁醇，其供氫體能力促進了反應，并促使FAL環氫化成THFA。此外，還原后的Ni1Cu1-Al1催化劑在3次運行中表現出良好的可回收性，并且再生催化劑與新鮮催化劑的活性相同。

可持續能源部門一直在探索用于能源和化學品生產的可再生資源，以消除化石燃料枯竭和氣候變化帶來的不利影響。生物質衍生的含氧化學品由于其更高的附加值而成為更具吸引力的目標，并且可以成為氫能載體。此外，半纖維素的有效利用仍然是生物精煉的挑戰。與生物質分餾中的纖維素水解或木質素去除相比，半纖維素的水解是一個簡單的步驟。因此，半纖維素可以很容易地水解為一種重要的平臺化學品，例如糠醛，它可以廣泛地轉化為合成化學品和液體燃料?？啡┓肿拥慕Y構中含有一個呋喃環和一個羰基，其中含有兩個C=C鍵和一個環狀醚鍵。因此，它具有高反應性，可以轉化為許多合成化學品和液體燃料，例如糠醇(FAL)、四氫糠醇(THFA)、2-甲基呋喃(2-MF)、環戊酮和呋喃通過氫化、氫化-氫解和脫羰反應。在這些形成物中，通過醛加氫然后環加氫將糠醛選擇性加氫為THFA對于生產環境友好型溶劑非常重要，該溶劑在藥物溶劑、工業樹脂和燃料添加劑中具有廣泛的應用。

由于糠醛的高蒸氣壓，它可以在氣相和液相中有效且高效地進行。多種銅基催化劑因其對糠醛醛基的優異活性而被廣泛研究用于糠醛加氫?？啡┲苯蛹託錇門HFA或FAL加氫制THFA，收率高，可循環利用，主要使用Pd及其雙金屬組合物。雖然貴金屬催化劑表現出優異的催化活性，高成本和有限的可用性等明顯的局限性阻礙了它們的廣泛應用。已經付出了很多努力來開發一種用于糠醛加氫的高效非貴金屬催化劑，尤其是鎳和銅。此外，糠醛分子可發生加氫、加氫脫氧、開環反應、氫解反應、脫羰反應等反應，因此，需要為特定的反應選擇合適的金屬來獲得目標產物。雙金屬催化劑可以在相似條件下提供更多的電子密度和不同的活性位點，以增強羰基和呋喃環的同時氫化。今后，開發一種多功能、高效、穩定且無腐蝕性的雙金屬催化劑以促進糠醛加氫制四氫呋喃將更加經濟和理想。

該研究的突出點：

Ni-Cu雙金屬催化劑已廣泛應用于許多重要反應，如乙醇蒸汽重整、CO甲烷化反應、CO加氫和不飽和醛的選擇性加氫。金屬的組成、載體效應、金屬分散和特定反應條件下的協同效應驅動增強的催化活性以選擇性地調節目標產物。此外，NiCu-Al催化劑的催化性能通常取決于均勻的金屬成分和金屬顆粒的高度分散，這可以通過制備方法來確定。常用的催化劑制備方法有浸漬法、共沉淀法、微乳液法等方法已被廣泛用于制備NiCu-Al催化劑。然而，Ni、Cu和Al的摩爾比可以決定粒子的分散和可用的活性位點，尤其是在使用高金屬負載量時。這些過渡金屬的最佳摩爾比對于誘導高催化活性至關重要。Cu對糠醛轉化為FAL具有出色的親和力，Ni對FAL中的THFA表現出顯著的選擇性。本文采用共沉淀法和恒溫時效法制備了NiCu-Al催化劑的類晶結構。此外，還合成了一種負載在Al催化劑上的非貴金屬過渡雙金屬NiCu，可以促進THFA在2-丁醇中的高效生產。此外，該研究清楚地解釋了催化劑的表面化學成分、Al含量、反應壓力、溫度和機理途徑對實現高收率THFA的影響。

總之，通過共沉淀法合成的等摩爾Ni1Cu1-Al1催化劑，在500℃下煅燒和還原，在Al表面形成了穩定的Ni-Cu合金，Ni/Cu表面比幾乎相等。這種雙金屬催化劑表現出優異的物理化學性質，與單金屬催化劑相比，它在溫和的條件下提高了生產高產四氫呋喃的催化活性。特別是，雙金屬催化劑中的鋁含量促使鎳和銅活性物質在鋁表面上的特定分散。對催化劑進行系統表征，推斷Ni-Cu合金的成功合成由于之間的電子交換能的協同作用驅動了催化劑的高催化活性。用單金屬催化劑氫化糠醛表明，Ni對糠醛的羰基和呋喃環均顯示出催化活性，而Cu僅對羰基具有高活性。反應壓力對THFA產率有顯著影響，這歸因于吸附容量的增加隨著壓力的增加。此外，時間剖面研究表明，THFA是通過FAL形成的。此外，溶劑的選擇改變了THFA和FAL的選擇性，2-丁醇表現出良好的溶劑特性，可作為氫供體溶劑。該等摩爾雙金屬催化劑可多次運行，并顯示出良好的再生和熱穩定性。這種高效且通用的等摩爾Ni1Cu1-Al1R催化劑為糠醛直接加氫制四氫糠醇和非貴金屬雙金屬催化劑的效率提供了清晰的見解。此外，從這項研究中獲得的全面知識將有利于進一步氫化應用于其他變革性反應和工業應用的高效過程。

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論文相關信息：

第一作者：Rao,ThuppatiU.(名古屋大學)

通訊作者：Norinaga,K.(名古屋大學)

通訊單位：名古屋大學

DOI：10.1016/j.enconman.2022.115736