[00123489]石墨烯催化生物质转化制化学品

石墨烯以其独特的电子性能、二维片状结构和优异的结构可调性等特点,受到日益广泛的关注。氧化石墨烯（GO）是石墨烯的氧化态形式,含有大量的含氧官能团,调节石墨烯边缘、平面以及骨架内的元素组成和基团结构,可以构建催化性能各异的催化活性中心,为绿色、经济、高效的催化剂设计及合成提供本征基础;此外,由于石墨烯平面大π电子体系的载电特性,可以作为载体与负载其上的金属颗粒进行电子反馈,调节金属颗粒的电子排布,降低活化能,提高催化活性;利用GO表面的大量含氧官能团锚定/固载金属催化剂,可以设计合成性能优异的新型催化剂。 生物质作为一种可再生的绿色资源在未来的能源和化工行业占有重要地位,糖类衍生物碳含量占生物质资源总量的60%以上,高效催化糖类衍生物转化为化工平台分子或化学品是生物质化工领域的面临的重大挑战。 基于此,本项目系统深入地研究了石墨烯的制备方法、基团组成、掺杂元素种类以及分布位点等对于催化糖类衍生物转化为5-羟甲基糠醛（5-HMF）、糠醛和其它呋喃类化合物的催化活性,并对其进一步催化转化过程的基本科学问题进行了研究。发现氧化石墨烯上羧基以及磺酸基对于催化糖类脱水转化为5-HMF以及5-HMF进一步醚化具有决定性影响;羧基以及石墨氮位点是催化HMF的羟甲基脱氢生成羰基的活性位点,并在此基础上实现了糖类到呋喃二甲醛的一步转换;设计独特的Ru-石墨烯催化剂,利用石墨烯独特的大π体系对电荷的分散作用,调节金属Ru的电子排布,制备出超高活性的石墨烯金属Ru催化剂,常温下实现乙酰丙酸催化加氢到戊内酯,反应选择性和转化率均接近100%,甚至温度低至-10℃时戊内酯亦有70%反应产率。