近日，化学工程学院生物质化工团队在催化提质生物质基平台化合物5-羟甲基糠醛加氢脱氧制备2,5-二甲基呋喃方面取得重要研究进展，相关研究成果以“Coupling Cu⁺Species and Zr Single Atoms for Synergetic Catalytic Transfer Hydrodeoxygenation of 5‑Hydroxymethylfurfural”为题发表在美国化学会催化领域旗舰期刊《ACS Catalysis》上。昆明理工大学化学工程学院为论文第一通讯单位，彭林才教授、研究生于逸轩和刘淮博士为论文主要作者。

生物质基平台化合物5-羟甲基糠醛（HMF）经加氢脱氧制备的2,5-二甲基呋喃（DMF）具有能量密度高、辛烷值高和黏度低等优点，是理想的内燃机清洁燃料添加剂。然而，该转化过程包含HMF侧链C=O键的选择性加氢以及后续C-O键的选择性断裂，同时应避免对呋喃环的加氢和C-C键的断裂，因此如何高选择性地催化HMF加氢脱氧制备DMF仍极具挑战性。

基于此，生物质化工团队提出通过将原子分散的Zr物种引入到CuO_x基体中（Cu₁₀Zr_0.39O_x），发现可以显著提高其催化HMF转移加氢脱氧制备DMF的催化活性和稳定性。Cu₁₀Zr_0.39O_x催化剂几乎可以实现定量的DMF产率，且DMF生成速率可达8.1 mmol_DMF.g_cat⁻¹.h⁻¹，优于现有报道催化HMF转移加氢脱氧制备DMF的催化反应体系。实验表征和理论计算表明：掺杂的Zr单原子和CuO_x之间的电子相互作用能够诱导生成充足且稳定的Cu⁺物种，同时单原子Zr物种促进底物的吸附和活化，并与Cu⁺协同降低HMF制备DMF过程的反应能垒。此外，Cu₁₀Zr_0.39O_x催化剂在加氢脱氧反应中表现出良好的通用性和循环使用性能。本研究可为通过单原子掺杂策略设计高效稳定的Cu基催化剂用于生物质基平台化合物催化提质提供新思路。

上述研究工作得到了国家自然科学基金项目、云南省基础研究计划项目、云南省“兴滇英才支持计划”青年人才专项和昆明理工大学“双一流”科技专项等项目的资助。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c00763