Unlocking the Production of Biomass-Derived Plastic Monomer 2,5-Furandicarboxylic Acid at Industrial-Level Concentration

生物量(生态学) 单体 催化作用 生产(经济) 化学 制浆造纸工业 化学工程 有机化学 聚合物 农学 工程类 生物 经济 宏观经济学
作者
Weizhen Xie,Yining Zhang,Hang Zheng,Pengbo Lyu,Xixian Ke,Tianyuan Li,Huayu Fang,Yong Sun,Jin‐Chao Dong,Lin Lu,Changlong Wang,Xing Tang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (23): 17510-17524 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c05864
摘要

2,5-Furandicarboxylic acid (FDCA) is a promising biomass-derived alternative to fossil-based terephthalic acid. The catalytic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to FDCA is widely recognized as a viable route for producing FDCA at industrially relevant concentrations (approximately 20 wt %); however, this has not yet been achieved. Toward this goal, we report that through controlled engineering of an oxygen-vacancy-enriched Mn/Co oxide as the support for Pt nanoparticles, a heterostructure of Pt/PtO2 with electron-rich interfacial Pt–O–Mn sites (Pt/Mn10Co1Ox-VC) is formed, significantly enhancing the adsorption and activation of O2, HMF, and its key intermediates. As a result, selective oxidation of both HMF (up to 40 wt %) and crude HMF (10 wt % and 70 wt % purity) was achieved with high FDCA yields ranging from 83% to 95% under base-free conditions, demonstrating strong economic feasibility and industrial potential for FDCA production. This work highlights the rational design of interfacial structures for the efficient oxidation of biomass-derived aldehydes and alcohols to bio-based dicarboxylic acids at industrially relevant concentrations, paving the way for FDCA to serve as a sustainable alternative to terephthalic acid as a comonomer in polyester production.
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