研究背景

糠醛是生物质转化中最具价值的平台化合物之一，被美国能源部列为TOP 14重要生物质基化学品。全球每年超过一半的糠醛被转化为糠醇，后者是呋喃树脂的单体，全球市场规模约3亿美元/年。然而，目前工业上生产糠醇主要采用有毒的铬酸铜催化剂，且反应条件苛刻（≥10 MPa H₂，≥160°C）。开发高效、无毒、可在温和条件下运行的替代催化剂是生物质转化领域的重要挑战。

团队以Ni-Ga金属间化合物为研究对象，通过调控Ni/Ga比例实现了对Ni活性位点配位环境的精准控制。研究表明，传统Ni催化剂上糠醛的强吸附会导致活性位点堵塞和呋喃环的过度加氢，这是其选择性差的根本原因。而在Ni-Ga金属间化合物表面，Ga原子的引入有效隔离了Ni原子的连续排列，使糠醛分子通过羰基以“倾斜”方式吸附在催化剂表面，避免了呋喃环的平躺吸附，从而极大提高了加氢选择性。

其中，Ni₁Ga₁金属间化合物催化剂表现尤为突出：在120°C、氩气气氛（无需外加H₂）的温和条件下，糠醇收率高达99.2%，远优于传统Ni催化剂（32.7%）。动力学研究表明，Ni₁Ga₁上糠醛的反应级数为-0.48，远高于传统Ni催化剂的-0.80，表明Ga的引入有效缓解了糠醛强吸附导致的活性位堵塞问题。

团队通过同位素标记实验证实，该反应体系中氢气来源于异丙醇溶剂而非外加H₂，揭示了催化转移加氢的反应机制。DFT计算进一步表明，Ni₁Ga₁表面FA的吸附能更低，有利于产物及时脱附、避免进一步加氢。催化剂经多次循环使用后活性和选择性无明显下降，未检测到明显的Ni流失。

该工作首次揭示了糠醛在Ni基催化剂上的强吸附抑制作用，并通过金属间化合物策略实现了活性位点的精准调控，为生物质基不饱和醛的高效选择性加氢提供了新的催化剂设计思路。

论文第一作者为化工学院孙维骁特聘研究员，通讯作者为曹约强特聘研究员和张晶特聘研究员。研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/aic.18423