本技术公开了一种纳微结构化多金属氧化物用于选择性催化氧化5‑羟甲基糠醛制2,5呋喃二甲酸的方法,本发明将不同的金属盐与碱性添加剂混合于溶剂中,利用溶剂在亚临界状态下具备优异的溶解能力和扩散性能的特性,使金属离子在亚临界流体中充分接触并迅速结晶,调控反应过程中的温度和压力实现对多金属氧化物微观结构的调控,从而激发多金属活性位点,然后焙烧,制备得到多金属氧化物催化剂,能在碱性、水溶液条件下实现5‑羟甲基糠醛高效高选择性地转化为2,5‑呋喃二甲酸。本方法制备催化剂具有高分散性、可控性强,迅速结晶的优点。相对于贵金属催化剂,本发明方法制备的多金属氧化物催化剂成本较低,且稳定性高,可循环利用,具有广阔的应用环境。
背景技术
生物质作为一种储量丰富、分布广泛、易获取的可再生有机资源,具备可再生和可生物降解等优点,是理想的能源替代品。5-羟甲基糠醛作为一种重要的生物基平台化合物,因其独特的化学结构和多功能性,受到了广泛的关注。5-羟甲基糠醛可以通过一系列催化反应转化为2,5-呋喃二甲酸,后者是一种关键的高值前驱体,可用于合成多种精细化学品。最引人注意的是2,5-呋喃二甲酸具有与对苯二甲酸相似的共轭刚性环和二羧酸结构,是合成聚合物的优良前驱体,可以作为对苯二甲酸的替代材料,以其可再生性和易降解性,来缓解塑料污染状况。然而,生物质向高值化合物转化普遍存在转化效率低、选择性差、条件苛刻等问题。因此,开发高效、稳定且低成本的催化剂成为当今亟待解决的重要课题。
亚临界流体因其优异的溶解性和传质性能,在纳米材料制备领域展现出独特的优势。亚临界技术制备催化剂具有高分散性、可控性强,迅速结晶的优点,金属离子能够在亚临界流体中快速形成尺寸较小的纳米颗粒。通过改变亚临界制备催化剂过程中的一些条件,可以精准调控多金属氧化物的微观形貌和尺寸,从而激发多金属氧化物的活性位点,进而影响催化剂的活性。
目前,贵金属材料在催化5-羟甲基糠醛转化为2,5-呋喃二甲酸过程中表现出优异的催化性能,但由于其成本高、不易回收等问题,研究人员更倾向于寻找低成本的过渡金属催化剂替代贵金属。研究表明,多金属氧化物在电催化、光催化和热催化等方面具有多相催化作用。多金属氧化物通常由两种或多种金属氧化物复合而成,因多金属协同作用,具有丰富的活性位点,表现出优于单一金属氧化物的特性。因此,设计一种可控且高效的催化剂制备方法,以激活多金属活性位点,合成出高活性的催化剂,从而高效催化5-羟甲基糠醛转化为2,5-呋喃二甲酸,成为当前的一个重大挑战。
实现思路