Tandem catalysis of furfural to γ-valerolactone over polyoxometalate-based metal-organic frameworks: Exploring the role of confinement in the catalytic process

多金属氧酸盐 糠醛 催化作用 串联 金属有机骨架 过程(计算) 化学 材料科学 有机化学 计算机科学 操作系统 吸附 复合材料
作者
Mingwei Ma,Pan Hou,Peng Zhang,Qi Guo,Huijuan Yue,Jiahui Huang,Ge Tian,Shouhua Feng
出处
期刊:Renewable Energy [Elsevier BV]
卷期号:227: 120474-120474 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.renene.2024.120474
摘要

Polyoxometalate-based metal-organic frameworks (POMOFs) with bifunctional Lewis-Brønsted acid were designed by confining polyoxometalates (POMs: phosphotungstic acid (PW), phosphomolybdic acid (PMo) or silicotungstic acid (SiW)) within the Zr-MOFs. The confined POMs not only have their own Brønsted acid, but can also regulate the Lewis acid strength of the POMOFs via charge regulation, ultimately allowing the POMOFs to display superior catalytic performance in the tandem catalysis of furfural (FAL) to γ-valerolactone (GVL). Among the three catalysts (POMOF-PW, POMOF-PMo and POMOF-SiW), a complete conversion of FAL was achieved, while POMOF-PW exhibited the highest GVL yield (58.1%) at 160 °C within 23 h. The leaching experiment and structural characterization of the catalyst before and after recycling confirmed the stability of the catalyst structure. The humin originates from the polymerization of furan ring-containing compounds driven by Brønsted acid. The adsorption configuration of the substrate molecules on the catalyst offers a new explanation for the tandem reaction process, i.e. that perpendicular adsorption performs only the first step of the tandem reaction, while the coexistence of perpendicular and horizontal adsorption permits the entire reaction process. This work gives unique insights into the tandem reaction of FAL and can guide the design of efficient tandem reaction catalysts.
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