Engineering Cooperative Acid Sites in Hydroxyapatite via Surface Fluorination for Selective Conversion of Glucose to 5‐Hydroxymethylfurfural

催化作用 选择性 化学 路易斯酸 拉曼光谱 磷灰石 化学工程 多相催化 产量(工程) 表面工程 氟 透射电子显微镜 无机化学 绿色化学 极化(电化学) 矿化(土壤科学) 化学稳定性 纺纱 有机化学 扫描电子显微镜 协同催化 组合化学 合理设计 纳米技术 表面改性
作者
Preeti Kang,Matej Gabrijelčič,Andraž Krajnc,Blaž Likozar,Rakesh Kumar Sharma
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:19 (13): e70834-e70834 被引量:1
标识
DOI:10.1002/cssc.70834
摘要

The efficient conversion of glucose to 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) is a critical step toward the sustainable production of biomass‐derived platform chemicals; however, achieving high selectivity in water using robust heterogeneous catalysts remains challenging. In this study, surface‐fluorinated hydroxyapatite catalysts enable the selective transformation of glucose to HMF via tunable acid functionality. Surface fluorination is proposed to induce electronic polarization within the apatite lattice, which may increase the Lewis acidity of exposed Ca 2+ centers while simultaneously generating Brønsted acidic hydroxyl species. The comprehensive physicochemical characterization using X‐ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, solid‐state 19 F and 31 P magic‐angle spinning nuclear magnetic resonance (MAS NMR) spectroscopy, and transmission electron microscopy (TEM) revealed that fluorination predominantly modifies the catalyst’s surface without disrupting the apatite framework, leading to the formation of cooperative Lewis‐Brønsted acid sites. Among the prepared catalysts, FH5 (5 wt% fluorinated HAP) exhibits the optimal balance of acidity, achieving an HMF yield of 55.3% and a high selectivity of 71.3% under optimized conditions. The catalyst further demonstrates excellent structural stability and recyclability over 10 cycles. This study demonstrates that surface fluorination effectively tailors acid functionality in hydroxyapatite, offering new insights for the rational design of heterogeneous catalysts for selective biomass conversion in green media.
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