镍基催化剂的构筑及其催化加氢脱氧性能研究.pdf

摘要

在化石资源迅速枯竭的背景下，可再生木质素原料的资源优势愈发显现。木质素

是一种独特的生物质资源，尤其是其衍生物的高值转化已成为当前的研究热点。木质

素原料所具备的高氧含量通常会引起木质素衍生物的热稳定性差、高腐蚀和高粘度，

从而不能作为液体燃料直接应用。因此，研究者们针对木质素衍生物增值转化进行了

许多尝试，最具可行性且研究最多的方法是加氢脱氧。近年来，许多性能优异的催化

剂被开发并用于木质素衍生物加氢脱氧，诸如非贵金属（Co、Fe、Cu等）和贵金属

（Pt、Pd、Au等）负载于SO、AlO、MCM-41、HZSM-5和TiO等载体上。其中，

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镍基非贵金属催化剂由于其高活性、高选择性、低成本而展现出较强的应用潜力。

本文构建了三种具有介孔或中空开放结构的镍基催化剂，通过表征技术与理论计

算研究了其存在的构-效关系与作用机制。本论文的主要内容如下：

1.通过浸渍-热解策略构建了一种高效且具有介孔结构的镍基双金属催化剂

（NiRe0.5/MCSs），该催化剂对催化香草醛增值转化研究中展现出优异的催化性能，

在相对温和的反应条件（150℃、2MPaH2和4h）下，以100%收率获得2-甲氧基-4-

甲基苯酚，且该催化剂在循环套用5次后仍能保持较好的稳定性。催化剂表征结果表

明，亲氧金属Re组分的引入促进了Ni纳米颗粒的分散，并提高了催化剂的酸度。

理论计算证实在催化剂体系中引入Re组分后，形成的Ni-Re合金位点可以增强H2

的解离/活化和香草醛的吸附，从而提高2-甲氧基-4-甲基苯酚的选择性。此外，

NiRe0.5/MCSs对不同种类木质素衍生物的加氢脱氧具有良好的通用性。因此，该催化

剂具有较好的工业应用前景。

2.通过一锅水热法构建了WO修饰的中空Ni纳米反应器（Ni-WO@CN-700）。

x2x

在最佳的反应条件下（140℃、2MPa和2.5h），实现了香草醛的增值转化。该催化

剂经过10次循环套用测试后仍具有较强的稳定性。表征和理论计算结果证实了加氢

位点与酸性位点（Ni-WOx界面）之间的协同作用赋予该催化剂较好的催化性能。此

外，该催化剂表现出比文献报道的催化剂更好的活性和稳定性。

3.ZIF-8作为结构模板，通过一锅水热刻蚀策略构建了NiW合金纳米笼催化剂

（NiW@NCs）。研究表明，W物种的引入促进了金属Ni的分散，调节了催化剂的

酸性，从而进一步促进了香草醇中间体C-OH键的活化和裂解。该催化剂的中空开放

结构提高了金属活性位点的暴露和反应过程传质，从而提高了金属原子的利用率，为

木质素衍生物加氢脱氧反应提供充足的活性位点。本研究为设计稳定高效且具有中空

结构的镍基催化剂提供了可行的策略。

关键词：镍基催化剂；木质素衍生物；加氢脱氧；中空反应器

ABSTRACT

Againstthebackgroundofrapiddepletionoffossilresources,theresourceadvantages

ofrenewableligninfeedstocksarebecomingmoreandmoreapparent.Ligninisaunique

biomassresource;especiallythehigh-valueconversionofitsderivativeshasbecomea

currentresearchhotspot.Thehighoxygencontentpossessedbyligninfeedstocksusually

causespoorthermalstability,highcorrosionandhighviscosityofligninderivatives,which

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