龚学庆/王艳芹/杨四海Nature子刊：Co@CoO核壳催化剂催化氢解5-羟甲基糠醛制2，5-二甲基呋喃

华东理工大学龚学庆、王艳芹联合曼彻斯特大学杨四海等人报道独特的Co@CoO核壳结构催化剂，其将生物质衍生的 5-羟甲基糠醛高效氢解为 2,5-二甲基呋喃；并且研究发现催化活性位点位于具有氧空位的 CoO 壳上，而不是金属 Co。

DFT计算阐明CoO 壳上氧空位对于HMF 的氢解的重要性。首先计算H₂ 在 CoO(100) 和 CoO(100)-Ov 表面上的吸附和解离的能量分布。H₂在CoO(100)和CoO(100)-Ov处的吸附能分别为0.25和1.63 eV，表明CoO(100)-Ov具有更强的结合能力；

重要的是， CoO(100) 上H₂异裂过程吸热 0.54 eV，势垒为0.60 eV，而在 CoO(100)-O_V 表面上，吸热仅为0.36 eV，并且具有较低的势垒（0.56 eV）；因此，CoO(100)-O_V 有利于 H₂ 的异裂。计算 H₂ 在 CoO(100)-O_V 表面上的均裂发现O_V可以辅助H₂在催化剂表面裂解为两个H^δ−，并且H2的均裂过程放热（0.23 eV），能垒为 0.51 eV；表明CoO(100)-O_V 表面上H₂均裂比异裂更容易，并且两个H^δ-的形成可能使CoO(100)-O_V表面比CoO更活跃。

进一步计算CoO(100)-O_V表面HMF的吸附、活化及转化成DMF的完整反应路径。研究发现，HMF 首先吸附在 CoO(100)-O_V 表面，吸附放热高达 2.22 eV，高于 H₂ 的吸附放热（1.63 eV）；

此外，HMF通过-CH=O的O原子垂直吸附在CoO(100)-O_v表面，填补材料的氧空位；随后，H₂吸附在 CoO(100)-O_v 表面，并放热 0.75 eV；吸附的 H₂ 通过异裂过程以 0.60 eV 的势垒被活化，其中一个 H 原子与 Co 原子键合，而另一个被 O 原子占据；Co-H^δ-的电负性H首先攻击HMF中吸附的-CH=O的正电C^δ+，该过程放热 0.63 eV，需要克服 0.63 eV 的势垒；H^δ+攻击-CH₂~O的O原子是速率决定步骤，该过程吸热0.97 eV，势垒为1.42 eV；然后，在 BHMF 氢解过程中生成 HMMF和 H₂O，分别需要克服 0.84 eV 和 1.3 eV 的能垒；在 HMMF 氢解生成 DMF 和 H₂O 的过程中，需要克服 1.23 和 0.33 eV 的能垒。

Xiang, S., Dong, L., Wang, ZQ. et al. A unique Co@CoO catalyst for hydrogenolysis of biomass-derived 5-hydroxymethylfurfural to 2,5-dimethylfuran. Nat Commun 13, 3657 (2022)

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31362-9