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选择性催化剂研究团队的部分科学家。
科学家将单个铂原子负载于二氧化钛之上，制备了能够选择性破坏糠醇碳氧键的催化剂。 红色圆球、白色圆球和黄色圆球分别代表氧、钛和铂。
据《自然•催化》杂志3月23日报道，科学家们近日设计出了一种稳定的选择性催化剂，可以用于生物质衍生分子向化学原料和燃料的转化。该催化剂由二氧化钛和单个铂原子（或微铂簇）构成，可显著提升植物衍生物（糠醇）向生物燃料（2-甲基呋喃）的转化效果。
美国能源部布鲁克海文国家实验室（BNL@DOE）研究人员、论文作者Anibal Boscoboinik解释说：“分子必须沿着特定路径参与反应，才能生成特定产物。要将糠醇转化为生物质燃料，就必须打破分子环侧基团中的碳氧键，并且抑制环内反应。我们设计的催化剂，只对侧基碳氧键的破坏有促进效果。”
芳香环是包含单键或双键的结构。从植物废弃物中提取的芳香环分子通常连接有含氧侧基。论文作者、特拉华大学催化能源创新中心（CCEI@UD）研究生Jiayi Fu说：“生物质原料包含大量氧元素。加氢脱氧是去除氧元素的重要反应，它对生物质原料的增值转化非常有效。”
在这项研究中，科学家们假设，在可适度还原的金属氧化物表面添加贵金属，能够促进加氢脱氧反应。论文作者、CCEI研究生Jonathan Lym说：“在氧化物表面除去氧，形成的‘锚定’位点可以固定底物分子，进而发生打破旧化学键的反应。此前，科学家们已经对杂质的表面作用有所研究。”
为了验证假设，研究人员选择铂作为贵金属，二氧化钛作为金属氧化物。理论计算和模拟结果均证实，在二氧化钛表面引入单个铂原子有利于氧空位的形成。在UD合成了铂-二氧化钛催化剂后，研究人员借助BNL和阿贡国家实验室（ANL）的先进设备表征了催化剂的结构，追踪了铂在反应中的化学状态，并确定了催化剂中原子的间距。功能纳米材料中心（CFN）研究人员Chuck Black说：“这项工作是一个很好的实例，它阐述了先进科学机构如何为研究人员提供理解复杂材料所需的补充信息。CFN将与其他机构一起，为全球科学家提供这方面的帮助。”
接着，研究人员对催化剂的反应性能进行了研究。他们用理论计算分析了反应步骤所需的能量，并用气相色谱法检测了产物。在此基础上，研究人员用计算机模拟确定了更好的反应途径。他们发现，当铂的含量较低时，环内反应副产物可忽略不计。随着铂含量的增加，铂原子开始聚集成更大尺寸的铂簇，进而引发环内反应。Boscoboinik说：“实验和理论计算的互补性使我们能够详细了解复杂表面的反应情况，从而优化催化剂的设计。”
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：alone
责编：张梦
期刊来源：《自然•催化》
期刊编号：2520-1158
原文链接：
https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=117096https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/dnl-ubw032620.php版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。
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