糠醛（C₅H₄O₂）是合成下一代生物燃料的重要化學(xué)品?；诖?，澳大利亞莫納什大學(xué)Lian Zhang等人報(bào)道了一種新型且可重復(fù)使用的多相催化劑，即具有1.1 mol% Pd的Pd-PdO/ZnSO₄，用于在400?°C下的快速熱解木質(zhì)纖維素生產(chǎn)糠醛。無論是干的還是濕的C6纖維素及其單體，糠醛產(chǎn)量都達(dá)到74-82? mol%，相對于96 mol%來自C5木聚糖，23-33 wt%來自甘蔗渣和玉米芯。

通過DFT計(jì)算，作者構(gòu)建了吸附d-果糖呋喃糖的最佳幾何結(jié)構(gòu)，以及在-273.15 ℃和400 ℃下從d-果糖呋喃糖吸附到最終解吸糠醛產(chǎn)物的整個(gè)能量分布。研究發(fā)現(xiàn)，提高反應(yīng)溫度對糠醛的生成非常有利，因?yàn)榭傮w反應(yīng)能變化（ΔE）從-273.15 ℃的1.45 eV下降到400 ℃的-3.62 eV。在400 °C時(shí)，糠醛的解吸也容易得多。

結(jié)果表明，d-果糖呋喃糖對羥基在ZnSO₄和PdO表面的吸附比在金屬Pd⁰表面的吸附更強(qiáng)，400 ℃時(shí)，Pd表面吸附能為-0.22 eV，PdO表面吸附能為-0.33 eV, ZnSO₄表面吸附能為-0.43 eV。對于后續(xù)步驟8中的Grob碎裂，PdO表面應(yīng)該是最活躍的位置，因?yàn)樗尸F(xiàn)出最低的能量變化為-1.29 eV。

在脫水步驟9中，相對于Pd的-0.78 eV和PdO的-0.70 eV，ZnSO₄的能量變化最低。在最后一步脫水反應(yīng)第10步生成糠醛時(shí)，金屬Pd⁰的活性最高，能量變化最低，為-2.34 eV。最后，在PdO(101)表面上形成游離糠醛的解吸能變化僅為-0.45 eV，而在Pd(111)表面上為0.32 eV，在ZnSO₄(111)表面上為0.52 eV，表明糠醛從PdO表面的優(yōu)先和容易釋放。

此外，Pd與ZnSO₄在界面處存在較強(qiáng)的協(xié)同作用，從而形成了實(shí)驗(yàn)觀察到的Pd⁰-PdO核-殼結(jié)構(gòu)、適中的酸度和較強(qiáng)的穩(wěn)定性，這些都是催化劑優(yōu)異活性的原因。

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.