新的镍基催化剂可更有效地利用生物质生产燃料和化学品

        美国伊利诺伊大学化学家于2011年4月22日宣布开发出镍基均相催化剂，可望更有效地支持从生物质生产燃料和化工原料以及改进煤炭液化。这些成果已发表在《科学（Science）》杂志上。



        该催化剂可使芳香碳-氧(CO)键在温和条件下进行选择性氢解。这将使木质素即顽固的生物聚合物破解，生物聚合物由CO键连接的九个烃单元组成。目前，芳香CO键的氢解需要多相催化剂在高温高压（超过250  °  C和30巴）下操作，选择性差。



        芳香碳-氧(CO)键的氢解（通过与氢的反应裂解断裂生成CH和OH键）存在困难挑战，这是因为这些链接的强度大而稳定，然而，这一过程对于将富氧的木质纤维素植物生物质转化为脱氧的燃料和商业化化学品却是重要的。



        纤维素中独有的脂肪CO键可用水解和脱水而进行破裂，而木质素中的芳香CO键却不能采用这些过程进行，并且用氢气选择性破解也很困难。此外，褐煤中含有的芳香族CO键的聚合网络来源从木质纤维素生物质，这些键的液化可促进这一碳源的液化并使它转化为芳烃原料。

为了实现芳香碳-氧(CO)键的选择性氢解，研究人员设想了一种反应，这涉及到将离散过渡金属配合物插入到芳香CO键中，生成的中间体与氢反应可产生芳烃和醇类。预计，均相催化剂用于芳香环加氢有低的反应活性，这将阻碍环烷烃和环烷醇从这一过程中竞争性的生成。众所周知，在脂肪族CO键存在下，镍配合物可激活芳香CO键，这正是新催化剂开发的出发点。



        研究人员已使芳烃醚中的芳香CO键实现了选择性氢解。这一过程通过可溶性镍碳烯配合物在仅1巴氢压和80至120  °  C温度下就可被催化。这项工作的结果表明，业已验证了芳香CO键在其他CO键存在下，通过采用可广泛使用的金属和低廉的、缓和的和原子经济还原剂氢气，就可使芳香CO键进行选择性破解。