近日，廣州能源研究所生物質催化轉化研究室在國際頂級學術期刊《德國應用化學》 (Angew. Chem. Int. Ed.)上發表題為Rational Positioning of Metal Ions to Stabilize Open Tin Sites in Beta Zeolite for Catalytic Conversion of Sugars的研究成果。
含有孤立金屬錫位點的純硅Beta沸石，即Sn-Beta，已被證明是應用于生物質精煉尤其是催化糖類轉化的最優固體路易斯酸催化劑。該催化劑可以將糖類轉化為燃料和高價值化學品。Sn-Beta中的開放Sn位點被認為是最具催化活性的路易斯中心，然而在Sn-beta中構建大量穩定的開放Sn位點仍是一個亟待解決的問題。
該研究在Sn-Beta中引入了除Sn以外的其他金屬。通過特殊的合成方法，將金屬Ni、Co和Mn等通過離子交換摻入與Sn相鄰的硅羥基的巢穴中。通過實驗和DFT計算證明，這種臨近結構較大程度上穩定了開放狀態下的Sn位點。含有該結構的Sn-Beta在催化葡萄糖異構化為果糖和轉化為α-羥基酯方面表現出優異的催化能力：以廉價的葡萄糖為底物，乳酸甲酯產率高達71.2%，2-羥基-3-丁烯酸甲酯產率10.3%；以其他單糖或寡糖為底物，也表現出優異的乳酸甲酯產率。
該論文中提出的“對特殊位置硅羥基巢穴構建及金屬離子交換”的方法具有通用性，為今后合成具有強路易斯酸性的臨近雙金屬分子篩催化劑提供了指導思路，有望進一步推動生物質精煉及生物能源利用。
論文第一作者為廣州能源研究所2019級博士生孫朋垚，共同第一作者為中國科學院福建物質結構研究所劉沖副研究員，通訊作者為廣州能源研究所王晨光研究員；廣州能源研究所為第一作者單位。該研究工作獲得國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金面上項目和廣東省重點領域研發計劃項目的資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202215737
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