Optimierung der Säure von Pt/CNTs-Katalysatoren zur Hydrodeoxygenierung von Diphenylether

Viele industrielle Verfahren zur Herstellung von Chemikalien beinhalten die Verwendung von wässriger anorganischer Säure. Ein typisches Beispielist das herkömmliche H2 SO 4-Verfahren zur Hydratation von Cyclohexan zur Herstellung von Cyclohexanol. Der Prozess beinhaltet ein biphasisches System, wobei sich das Cyclohexan in der organischen Phase befindet und das Cyclohexanol-Produkt sich in der sauren wässrigen Phase befindet, wodurch der Trennprozess durch einfache Destillation erschwert wird. Neben Schwierigkeiten bei der Trennung und Rückgewinnung ist anorganische Säure auch hochgiftig und ätzend für Geräte. Manchmal erzeugt die Verwendung von anorganischer Säure Nebenprodukte, die den Produktertrag senken und vermieden werden müssen. Zum Beispiel führt die Austrocknung von 2-Cyclohexen-1-ol zur Herstellung von 1,3-Cyclohexadien mit_H2SO₄ zu Polymerisationsnebenprodukten¹. So verlagert sich viele industrielle Prozesse auf den Einsatz fester Säurekatalysatoren. Verschiedene wassertolerante Festsäuren werden verwendet, um das oben genannte Problem zu lösen und die Produkterträge zu maximieren, wie z. B. die Verwendung von HZSM-5 und Amberlyst-15. Die Verwendung von Hochsilizium-HZSM-5-Zeolith ersetzt nachweislich_H2SO₄ bei der Herstellung von Cyclohexanol aus Benzol². Da das Zeolith in der neutralen wässrigen Phase vorhanden ist, geht das Produkt ausschließlich in die organische Phase und vereinfacht so den Trennprozess. Aufgrund der Bildung von Wassermolekülen durch Lewis-Säure zu den Lewis-Säurestellen zeigten zeolitische Materialien jedoch aufgrund des Vorhandenseins inaktiver Stellen^immernoch eine geringere Selektivität 3 . Unter all diesen Festsäuren ist Nb₂O₅ einer der besten Kandidaten, die sowohl Lewis- als auch Brinsted-Säure-Standorte enthalten. Der Säuregehalt von Nb₂O₅nH₂O entspricht einer 70% H2 SO₄ Lösung, aufgrund des Vorhandenseins der labilen Protonen. Der Säuregehalt von Brinsted, der mit protonischen Zeolith-Materialien vergleichbar ist, ist sehr hoch. Dieser Säuregehalt wird sich nach der Wasserbeseitigung in Lewis Säure verwandeln. In Gegenwart von Wasser bildet Nb₂O5 die tetraedrischen NbO₄-H2 O-Addukte, die in Lewis Säure abnehmen können. Die Lewis-Säure-Standorte sind jedoch immer noch wirksam, da die NbO₄ Tetraeder immer noch wirksame positive Ladungen^{haben 4}. Ein solches Phänomen wurde erfolgreich bei der Umwandlung von Glukose in 5-(Hydroxymethyl)furfural (HMF) und die Allylation von Benzaldehyd mit Tetraallylzinn in Wasser⁵nachgewiesen. Wassertolerante Katalysatoren sind daher bei der Umwandlung von Biomasse in Anwendungen erneuerbarer Energien von entscheidender Bedeutung, insbesondere wenn die Umwandlungen in umweltverträglichen Lösungsmitteln wie Wasser durchgeführt werden.

Unter den vielen umweltverträglichen Festsäurekatalysatoren spielen funktionalisierte Kohlenstoffnanomaterialien mit Graphen, Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanofasern, mesoporöse Kohlenstoffmaterialien eine wichtige Rolle bei der Aufwertung von Biomasse aufgrund der abgestimmte Porosität, extrem hohe spezifische Oberfläche und ausgezeichnete Hydrophobie^6,7. Die sulfonierten Derivate sind besonders stabile und hochaktive protonanische katalytische Materialien. Sie können entweder durch unvollständige Karbonisierung von sulfonierten aromatischen Verbindungen⁸ oder durch Sulfonierung von unvollständig kohlensäurehaltigen Zuckern hergestellt werden⁹. Sie haben sich als sehr effiziente Katalysatoren (z.B. zur Veresterung höherer Fettsäuren) miteiner Aktivität erwiesen, die mit der Verwendung von Flüssig H2 SO₄vergleichbar ist. Graphen und CNTs sind Kohlenstoffmaterialien mit einer großen Oberfläche, hervorragenden mechanischen Eigenschaften, guter Säurebeständigkeit, gleichmäßigen Porengrößenverteilungen sowie Beständigkeit gegen Koksablagerungen. Sulfoniertes Graphen wurde gefunden, um die Hydrolyse von Ethylacetat¹⁰ effizient zu katalysieren und bifunktionelle Graphenkatalysatoren wurde gefunden, um die Umwandlung von Levullinsäure in -Valerolacton¹¹zu erleichtern. Bifunktionelle Metalle, die auf CNTs unterstützt werden, sind auch sehr effiziente Katalysatoren für den Einsatz bei der Biomasseumwandlung^12,13 wie die hochselektive aerobe Oxidation von HMF zu 2,5-Diformylfuran über die VO_2-PANI/CNT Katalysator¹⁴.

Unter Ausnutzung der einzigartigen Eigenschaften von Nb₂O5 Festsäure, funktionalisierten CNTs und bifunktionalem Metall, das auf CNTs unterstützt wird, berichten wir über das Protokoll für die Synthese einer Reihe von Nb(Ta)-basierten Festsäure-Nanofolien modifizierten Pt/CNTs mit Oberfläche durch eine Nanosheet-Aggregationsmethode. Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass Pt/20HNbWO₆/CNTs infolge der synergistischen Wirkung von gut dispergierten Pt-Partikeln und starken Säurestellen aus HNbWO 6-Nanoblättern die beste Aktivität und Selektivität bei der Lignin-abgeleitete Modellverbindungen zu Brennstoffen durch Hydrodeoxygenierung.