A unique Co@CoO catalyst for hydrogenolysis of biomass-derived 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-dimethylfuran

加氢脱氧 氢解 催化作用 化学 生物量(生态学) 羟甲基糠醛 有机化学 除氧 金属 异构化 贵金属 化学工程 糠醛 选择性 工程类 地质学 海洋学
作者
Shuang Xiang,Lin Dong,Zhi-Qiang Wang,Xue Han,Luke L. Daemen,Jiong Li,Yongqiang Cheng,Yong Guo,Xiaohui Liu,Yongfeng Hu,Anibal J. Ramirez‐Cuesta,Sihai Yang⧫,Xue‐Qing Gong,Yanqin Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:125
标识
DOI:10.1038/s41467-022-31362-9
摘要

Abstract The development of precious-metal-free catalysts to promote the sustainable production of fuels and chemicals from biomass remains an important and challenging target. Here, we report the efficient hydrogenolysis of biomass-derived 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-dimethylfuran over a unique core-shell structured catalyst, Co@CoO that affords the highest productivity among all catalysts, including noble-metal-based catalysts, reported to date. Surprisingly, we find that the catalytically active sites reside on the shell of CoO with oxygen vacancies rather than the metallic Co. The combination of various spectroscopic experiments and computational modelling reveals that the CoO shell incorporating oxygen vacancies not only drives the heterolytic cleavage, but also the homolytic cleavage of H 2 to yield more active H δ− species, resulting in the exceptional catalytic activity. Co@CoO also exhibits excellent activity toward the direct hydrodeoxygenation of lignin model compounds. This study unlocks, for the first time, the potential of simple metal-oxide-based catalysts for the hydrodeoxygenation of renewable biomass to chemical feedstocks.
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