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Coupling Natural Halloysite Nanotubes and Bimetallic Pt–Au Alloy Nanoparticles for Highly Efficient and Selective Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural to 2,5-Furandicarboxylic Acid
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-01-11 , DOI: 10.1021/acsami.1c18788 Xuemin Zhong 1, 2, 3 , Peng Yuan 1, 2 , Yanfu Wei 4 , Dong Liu 1, 2 , Dusan Losic 5 , Mengyuan Li 1, 2, 3
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2022-01-11 , DOI: 10.1021/acsami.1c18788 Xuemin Zhong 1, 2, 3 , Peng Yuan 1, 2 , Yanfu Wei 4 , Dong Liu 1, 2 , Dusan Losic 5 , Mengyuan Li 1, 2, 3
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The aerobic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF), a key platform compound derived from biomass, to 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) is a highly important reaction in the production of green and sustainable chemicals. Here, we developed a highly efficient and stable halloysite-supported Pt–Au alloy catalyst for the selective oxidation of HMF to FDCA. The catalyst was synthesized through the organosilane functionalization of halloysite nanotubes, followed by the in situ formation and dispersion of Pt–Au alloy nanoparticles on the internal and external surfaces of nanotubes. The composition, morphology, and structure of the prepared catalyst were characterized. The catalyst with the optimal composition of Pt/Au molar ratio of 1/4 and metal loading of 1.5 wt % exhibited outstanding catalytic activity for the oxidation of HMF to FDCA using O2 as an oxidant with 100% conversion of HMF and 99% selectivity of FDCA. This excellent catalytic performance is mainly attributed to the high dispersion and alloying effects of bimetallic nanoparticles, which promoted the activation of reactants or intermediates and further improved FDCA selectivity. Furthermore, the halloysite-supported Pt/Au bimetallic catalyst showed high stability and reusability. This study provides a promising strategy by combining clay mineral halloysite and bimetallic alloys for developing efficient catalysts with high FDCA selectivity and stability for the oxidation of HMF to FDCA.
中文翻译:
将天然埃洛石纳米管和双金属 Pt-Au 合金纳米颗粒偶联用于 5-羟甲基糠醛到 2,5-呋喃二甲酸的高效选择性氧化
5-羟甲基糠醛 (HMF) 是一种源自生物质的关键平台化合物,需氧氧化为 2,5-呋喃二甲酸 (FDCA) 是生产绿色和可持续化学品的一个非常重要的反应。在这里,我们开发了一种高效稳定的埃洛石负载的 Pt-Au 合金催化剂,用于将 HMF 选择性氧化为 FDCA。该催化剂通过埃洛石纳米管的有机硅烷功能化合成,然后在纳米管的内外表面原位形成和分散 Pt-Au 合金纳米颗粒。对制备的催化剂的组成、形貌和结构进行了表征。Pt/Au 摩尔比为 1/4 和金属负载量为 1.5 wt % 的最佳组成的催化剂对使用 O 将 HMF 氧化为 FDCA 表现出优异的催化活性。2作为氧化剂,HMF 转化率为 100%,FDCA 选择性为 99%。这种优异的催化性能主要归功于双金属纳米粒子的高分散和合金化作用,促进了反应物或中间体的活化,进一步提高了FDCA的选择性。此外,埃洛石负载的 Pt/Au 双金属催化剂表现出高稳定性和可重复使用性。本研究通过结合粘土矿物埃洛石和双金属合金来开发具有高 FDCA 选择性和稳定性的高效催化剂,将 HMF 氧化为 FDCA,从而提供了一种有前景的策略。
更新日期:2022-01-26
中文翻译:
将天然埃洛石纳米管和双金属 Pt-Au 合金纳米颗粒偶联用于 5-羟甲基糠醛到 2,5-呋喃二甲酸的高效选择性氧化
5-羟甲基糠醛 (HMF) 是一种源自生物质的关键平台化合物,需氧氧化为 2,5-呋喃二甲酸 (FDCA) 是生产绿色和可持续化学品的一个非常重要的反应。在这里,我们开发了一种高效稳定的埃洛石负载的 Pt-Au 合金催化剂,用于将 HMF 选择性氧化为 FDCA。该催化剂通过埃洛石纳米管的有机硅烷功能化合成,然后在纳米管的内外表面原位形成和分散 Pt-Au 合金纳米颗粒。对制备的催化剂的组成、形貌和结构进行了表征。Pt/Au 摩尔比为 1/4 和金属负载量为 1.5 wt % 的最佳组成的催化剂对使用 O 将 HMF 氧化为 FDCA 表现出优异的催化活性。2作为氧化剂,HMF 转化率为 100%,FDCA 选择性为 99%。这种优异的催化性能主要归功于双金属纳米粒子的高分散和合金化作用,促进了反应物或中间体的活化,进一步提高了FDCA的选择性。此外,埃洛石负载的 Pt/Au 双金属催化剂表现出高稳定性和可重复使用性。本研究通过结合粘土矿物埃洛石和双金属合金来开发具有高 FDCA 选择性和稳定性的高效催化剂,将 HMF 氧化为 FDCA,从而提供了一种有前景的策略。