日前，材料學(xué)院和理學(xué)院課題組合作在林木生物質(zhì)衍生物電化學(xué)催化加氫領(lǐng)域取得新進(jìn)展。苯甲醛類和糠醛類物質(zhì)分別是林木生物質(zhì)木質(zhì)素和綜纖維素組分的主要衍生物，作為原料可以生產(chǎn)多種高附加值的精細(xì)化學(xué)品和活性物質(zhì)，用于替代石化資源生產(chǎn)生物基材料和生物化工產(chǎn)品。與傳統(tǒng)化學(xué)加氫還原方法相比，電化學(xué)還原方法以水作為氫源，具有反應(yīng)條件溫和、過(guò)程可控性好和能耗較低等優(yōu)勢(shì)。新型高效率催化劑的制備和反應(yīng)體系的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)林木衍生物電化學(xué)高效轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。
針對(duì)木質(zhì)素中苯甲醛類物質(zhì)的催化轉(zhuǎn)化，該課題組采用兩步電化學(xué)沉積的方法制備了一種高電容、低電荷轉(zhuǎn)移電阻以及通用性強(qiáng)的Pd/Cu-CF納米樹(shù)枝狀催化劑。利用該催化劑作為電極材料，催化加氫處理香草醛以制備香草醇，轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%，法拉第效率達(dá)到96%，經(jīng)過(guò)五次連續(xù)電解循環(huán)后，Pd/Cu-CF電催化劑仍表現(xiàn)出優(yōu)越的有效性和良好的穩(wěn)定性（轉(zhuǎn)化率依舊保持在91%以上）。同時(shí)，該電催化體系對(duì)苯甲醛、對(duì)氨基苯甲醛、對(duì)硝基苯甲醛、鄰羧基苯甲醛和丁香醛等其他苯甲醛化合物的轉(zhuǎn)化也表現(xiàn)出良好的催化性能，轉(zhuǎn)化率達(dá)到83%～99%，法拉第效率82%～98%。相關(guān)成果以《High-efficiency electrochemical hydrogenation of biomass-derived benzaldehyde compounds via a durable and versatile dendritic-like Pd/Cu-CF electrocatalyst》為題發(fā)表在工程技術(shù)類Top期刊《Fuel Processing Technology》（一區(qū)，IF=8.129）上，第一作者為博士研究生武藝，共同通訊作者為材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院任學(xué)勇副教授和理學(xué)院李強(qiáng)教授，北京林業(yè)大學(xué)為唯一完成單位。
針對(duì)綜纖維素中糠醛類物質(zhì)的催化轉(zhuǎn)化，該課題組在泡沫銅上原位合成一種新型銀納米粒子修飾的銅納米線陣列催化劑（Ag@Cu NWAs/CF），用于將5-羥甲基糠醛和糠醛電化學(xué)催化加氫轉(zhuǎn)化為2,5-二(羥甲基）呋喃和糠醇。由于較大的電化學(xué)活性表面積、高效的電子傳輸以及銀-銅協(xié)同催化作用等優(yōu)勢(shì)，該催化劑對(duì)5-羥甲基糠醛和糠醛的電化學(xué)催化法拉第效率和產(chǎn)物選擇性均可達(dá)95%以上，并在連續(xù)六次電解循環(huán)下，法拉第效率仍達(dá)92%以上。相關(guān)成果以《In situ construction of hierarchical Ag-decorated Cu nanowire arrays as an efficient and durable electrocatalyst for hydrogenation of 5-hydroxyme-thylfurfural and furfural》為題發(fā)表在化學(xué)類權(quán)威期刊《Molecular Catalysis》（二區(qū)，IF=5.089）上，第一作者為博士研究生鐘演，共同通訊作者為材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院任學(xué)勇副教授、樊永明教授和理學(xué)院李強(qiáng)教授，北京林業(yè)大學(xué)為唯一完成單位。
上述研究工作得到了中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（BJFU-2021ZY28）、國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 21671021、No. 61874111）和中央財(cái)政林草科技推廣示范資金（冀TG[2022]004）等項(xiàng)目資助。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2022.107436
https://doi.org/10.1016/j.mcat.2022.112487
