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Highly efficient hydrogenolysis of tetrahydrofurfuryl alcohol to 1,5-pentanediol over a Ni–Co–La2O2CO3 mixed oxide catalyst

化学 催化作用 氢解 反应性(心理学) 无机化学 脱质子化 混合氧化物 酒 氧化物 吸附 单体 多相催化 醇盐 氢 过渡金属 路易斯酸 双功能 药物化学 金属 氧气 有机化学 立体化学 高分子化学
作者
Asier Barredo,Nerea Viar,J. Requies,Deepak Verma,Junjung Rohmat Sugiarto,Jaehoon Kim,Iñaki Gandarias
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier BV]
卷期号:454: 116628-116628 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2025.116628
摘要

• Record productivity of 8.9 mmol 1,5-PDO g cat −1 h −1 achieved with Ni–Co–La 2 O 2 CO 3. • Solvent-free operation boosts THFA conversion and eases product separation. • DRIFTS reveals dual-site THFA binding and geometry-dependent activation. • Co 2+ /OV and La 2 O 2 CO 3 sites synergize for THFA O–H deprotonation and adsorption. • La 2 O 2 CO 3 Brønsted sites favor flat-lying THFA adsorption and high activity. 1,5-Pentanediol (1,5-PDO) is a promising bio-based monomer with potential applications in polymers, coatings, and plasticizers, offering a sustainable alternative to petroleum-derived diols such as 1,6-hexanediol. In this study, we report a highly efficient catalyst based on a Ni–Co–La 2 O 2 CO 3 mixed oxide system for the hydrogenolysis of tetrahydrofurfuryl alcohol (THFA) to 1,5-PDO. A remarkable productivity of 8.9 mmol 1,5–PDO g cat −1 h −1 was achieved under solvent-free conditions, representing the highest value reported to date for non-noble metal catalysts. Through detailed characterization and reactivity studies, the catalyst formulation and pretreatment were optimized to enhance performance. The system includes coordinatively unsaturated Ni 2+ and Co 2+ species, associated with oxygen vacancies (Ni 2+ /OV, Co 2+ /OV) and Brønsted-basic La 2 O 2 CO 3 . Ni 2+ /OV sites promote hydrogen activation and facilitate oxygen vacancy (OV) formation in CoO at lower activation temperatures without degrading the La 2 O 2 CO 3 structure. Brønsted basic La 2 O 2 CO 3 sites promote hydroxyl-group deprotonation, generating alkoxide species that adsorb on Co 2+ /OV Lewis acid sites through both the ring oxygen and the alkoxide oxygen, thereby facilitating C2–O1 bond activation. Additionally, competitive adsorption between organic solvents and THFA was observed, limiting access to active sites. Solvent-free operation effectively eliminates this competition, improving THFA interaction with the catalyst surface and thereby boosting catalytic performance. These findings highlight the potential of rare-earth-based mixed oxides for the sustainable and scalable production of bio-derived diols.
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