Nature子刊：Pd-PdO/ZnSO4快速热解C6糖和木质纤维素制备糠醛

糠醛（C₅H₄O₂）是合成下一代生物燃料的重要化学品。基于此，澳大利亚莫纳什大学Lian Zhang等人报道了一种新型且可重复使用的多相催化剂，即具有1.1 mol% Pd的Pd-PdO/ZnSO₄，用于在400 °C下的快速热解木质纤维素生产糠醛。无论是干的还是湿的C6纤维素及其单体，糠醛产量都达到74-82  mol%，相对于96 mol%来自C5木聚糖，23-33 wt%来自甘蔗渣和玉米芯。

通过DFT计算，作者构建了吸附d-果糖呋喃糖的最佳几何结构，以及在-273.15 ℃和400 ℃下从d-果糖呋喃糖吸附到最终解吸糠醛产物的整个能量分布。研究发现，提高反应温度对糠醛的生成非常有利，因为总体反应能变化（ΔE）从-273.15 ℃的1.45 eV下降到400 ℃的-3.62 eV。在400 °C时，糠醛的解吸也容易得多。

结果表明，d-果糖呋喃糖对羟基在ZnSO₄和PdO表面的吸附比在金属Pd⁰表面的吸附更强，400 ℃时，Pd表面吸附能为-0.22 eV，PdO表面吸附能为-0.33 eV, ZnSO₄表面吸附能为-0.43 eV。对于后续步骤8中的Grob碎裂，PdO表面应该是最活跃的位置，因为它呈现出最低的能量变化为-1.29 eV。

在脱水步骤9中，相对于Pd的-0.78 eV和PdO的-0.70 eV，ZnSO₄的能量变化最低。在最后一步脱水反应第10步生成糠醛时，金属Pd⁰的活性最高，能量变化最低，为-2.34 eV。最后，在PdO(101)表面上形成游离糠醛的解吸能变化仅为-0.45 eV，而在Pd(111)表面上为0.32 eV，在ZnSO₄(111)表面上为0.52 eV，表明糠醛从PdO表面的优先和容易释放。

此外，Pd与ZnSO₄在界面处存在较强的协同作用，从而形成了实验观察到的Pd⁰-PdO核-壳结构、适中的酸度和较强的稳定性，这些都是催化剂优异活性的原因。

High production of furfural by flash pyrolysis of C6 sugars and lignocellulose by Pd-PdO/ZnSO₄ catalyst. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-37250-0.

https://doi.org/10.1038/s41467-023-37250-0.