Au负载SBA-15分子筛上葡萄糖氧化反应

doi:10.7503/cjcu20200070

高等学校化学学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (5): 960.doi: 10.7503/cjcu20200070

• 庆祝《高等学校化学学报》复刊40周年专栏 • 上一篇下一篇

Au负载SBA-15分子筛上葡萄糖氧化反应

叶晓栋^1,³,齐国栋¹,徐君^1,^2,^*(),邓风^1,^*()

^1. 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院, 中国科学院武汉物理与数学研究所,中国科学院生物磁共振分析重点实验室, 波谱与原子分子物理国家重点实验室,武汉磁共振中心, 武汉 430071
^2. 华中科技大学, 武汉国家光电研究中心, 武汉 430074
^3. 中国科学院大学, 北京 100049

收稿日期:2020-02-10 出版日期:2020-05-10 发布日期:2020-03-06
通讯作者: 徐君,邓风 E-mail:xujun@wipm.ac.cn;dengf@wipm.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21872170);国家自然科学基金(U1932218);国家自然科学基金(21733013)

Glucose Oxidation on Au-supported SBA-15 Molecular Sieve ^†

YE Xiaodong^1,³,QI Guodong¹,XU Jun^1,^2,^*(),DENG Feng^1,^*()

^1. National Centre for Magnetic Resonance in Wuhan, State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic and Molecular Physics, Key Laboratory of Magnetic Resonance in Biological Systems, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Innovation Academy for Precision Measurement Science and Technology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China
^2. Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
^3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2020-02-10 Online:2020-05-10 Published:2020-03-06
Contact: Jun XU,Feng DENG E-mail:xujun@wipm.ac.cn;dengf@wipm.ac.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(21872170);† Supported by the National Natural Science Foundation of China(U1932218);† Supported by the National Natural Science Foundation of China(21733013)

摘要/Abstract

摘要：

探讨了金与铝改性的SBA-15分子筛催化剂(Au-Al/SBA-15)上活性中心与葡萄糖氧化制葡萄酸反应性能的关系. 通过固体核磁共振波谱(ssNMR)、 X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和透射电子显微镜(TEM)等手段对不同Au及Al含量的Au-Al/SBA-15催化剂进行了结构表征. 发现Al 改性能够在SBA-15载体上产生四配位Al物种, Au主要以单质的形式存在; SBA-15上的四配位Al物种具有稳定Au颗粒大小的作用. 通过对比发现, 催化剂上的Au和骨架四配位Al物种间的相互协作促进了对葡萄糖氧化的活性, 而非骨架Al物种会导致副反应的发生, 降低葡萄糖酸产物的选择性. 通过固体¹³C NMR揭示了反应体系中的NaOH能够将强吸附的产物葡萄糖酸分子从催化剂表面解离, 保持活性位不被覆盖进而促进反应持续进行.

关键词: 生物质, 葡萄糖氧化, 分子筛催化剂, 固体核磁共振, 构效关系

Abstract:

Conversion of glucose to high-valued chemicals is one of the important routes for biomass utilization. Gold and aluminum modified SBA-15 molecular sieve catalysts(Au-Al/SBA-15) were prepared for aerobic oxidation of glucose. The active site-catalytic performance relationship was investigated. The structures of Au-Al/SBA-15 catalysts with different Au and Al contents were characterized by means of solid-state nuclear magnetic resonance(NMR) in combination with other techniques. It was found that four-coordinated Al is generated on SAB-15 and Au mainly exists in form of metallic state. The supported Au can be stabilized by four-coordinated Al, resulting in smaller Au particles on SBA-15. The interaction between Au and Al species promotes glucose oxidation, while the extra-framework Al species causes the side reaction and lower selectivity to gluconic acid. The role of NaOH in the reaction was revealed by ¹³C solid-state NMR experiments, it benefits desorption of gluconic acid molecules from the catalyst surface, keeping the active sites uncovered and promoting the reaction.

Key words: Biomass, Glucose oxidation, Molecular sieve catalyst, Solid-state nuclear magnetic resonance(NMR), Structure-activity relationship

中图分类号:

O643

TrendMD:

叶晓栋, 齐国栋, 徐君, 邓风. Au负载SBA-15分子筛上葡萄糖氧化反应. 高等学校化学学报, 2020, 41(5): 960.

YE Xiaodong, QI Guodong, XU Jun, DENG Feng. Glucose Oxidation on Au-supported SBA-15 Molecular Sieve ^†. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(5): 960.

图/表 7

Fig.1 1H-29Si CP MAS NMR spectra of SBA-15(a), 1Al/SBA-15(b), 5Al-SBA-15(c) and 10Al/SBA-15(d)

Fig.2 27Al MAS NMR spectra of 1Al/SBA-15(a), 5Al/SBA-15(b), 10Al/SBA-15(c), 0.5Au-5Al/SBA-15(d), 1Au-5Al/SBA-15(e) and 2Au-5Al/SBA-15(f)

Fig.3 Au XPS spectra of 0.5Au-5Al/SBA-15(A), 1Au-5Al/SBA-15(B), 2Au-5Al/SBA-15(C) and 2Au/SBA15(D)

Fig.4 UV-Vis diffuse reflectance spectra of 5Al/SBA-15(a), 0.5Au-5Al/SPA-15(b), 1Au-5Al/SBA-15(c), 2Au/SAB-15(d) and 2Au-5Al/SBA-15(d)

Fig.5 TEM images of 2Au-5Al/SBA-15(A, C) and 2Au/SBA-15(B, D) samples

Fig.6 Conversion and selectivity of glucose oxidation on SBA-15 catalysts with different Au(A) and Al(B) loadings

Fig.7 13C MAS NMR spectra(a,b) and 1H-13C CP MAS NMR spectra(c,d) of glucose oxidation catalyzed by 2Au-5Al/SBA-15 with(a,c) and without NaOH(b,d)

参考文献 33

[1]	Nikolla E., Roman-Leshkov Y., Moliner M., Davis M. E., ACS Catal., 2011,1(4), 408—410
[2]	Zhao H., Holladay J. E., Brown H., Zhang Z. C., Science, 2007,316(5831), 1597—1600 doi: 10.1126/science.1141199 URL pmid: 17569858
[3]	Moliner M., Roman-Leshkov Y., Davis M. E., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2010,107(14), 6164—6168 doi: 10.1073/pnas.1002358107 URL pmid: 20308577
[4]	Kobayashi H., Fukuoka A., Green Chem., 2013,15(7), 1740—1763
[5]	Ren Q., Huang Y., Ma H., Wang F., Gao J., Xu J ., Bioresources, 2013,8(2), 1563—1572
[6]	Song J., Fan H., Ma J., Han B., Green Chem., 2013,15(10), 2619—2635
[7]	Delidovich I. V., Moroz B. L., Taran O. P., Gromov N. V., Pyrjaev P. A., Prosvirin I. P., Bukhtiyarov V. I., Parmon V. N., Chem. Eng. J., 2013,223, 921—931
[8]	Onda A., Ochi T., Kajiyoshi K., Yanagisawa K., Appl. Catal. A: Gen., 2008,343(1/2), 49—54
[9]	Dirkx J. M. H., van der Baan H. S., J. Catal., 1981,67(1), 1—13
[10]	Makovos E. B., Liu C. C., Bioelectrochem. Bioenerg., 1986,15(2), 157—165
[11]	Frajtak M., Witońska I., Krolak A., Krawczyk N., Karski S., Rev. Roum. Chim, 2011,56, 631—635
[12]	Witońska I., Frajtak M., Karski S., Appl. Catal. A: Gen., 2011,401(1), 73—82
[13]	Haruta M., Chem. Rev, 2003,3(2), 75—87
[14]	Haruta M., Gold. Bull, 2004,37(1), 27—36
[15]	Villa A., Dimitratos N., Chan-Thaw C. E., Hammond C., Prati L., Hutchings G. J., Acc. Chem. Res., 2015,48(5), 1403—1412 doi: 10.1021/ar500426g URL pmid: 25884231
[16]	Villa A., Gaiassi A., Rossetti I., Bianchi C. L., van Benthem K., Veith G. M., Prati L., J. Catal., 2010,275(1), 108—116
[17]	Hutchings G. J., Gold. Bull., 2004,37(1), 3—11
[18]	Mirescu A., Berndt H., Martin A., Prüße U., Appl. Catal. A: Gen., 2007,317(2), 204—209
[19]	Qi P., Chen S., Chen J., Zheng J., Zheng X., Yuan Y., ACS Catal., 2015,5(4), 2659—2670
[20]	Odrozek K., Maresz K., Koreniuk A., Prusik K., Mrowiec-Białoń J., Appl. Catal. A: Gen., 2014,475, 203—210
[21]	Baatz C., Thielecke N., Prüße U., Appl. Catal. B: Environ., 2007,70(1), 653—660
[22]	Megías-Sayago C., Ivanova S., López-Cartes C., Centeno M. A., Odriozola J. A., Catal. Today, 2017,279, 148—154
[23]	Megías-Sayago C., Santos J. L., Ammari F., Chenouf M., Ivanova S., Centeno M. A., Odriozola J. A., Catal. Today, 2018,306, 183—190
[24]	Wojcieszak R., Cuccovia I. M., Silva M. A., Rossi L. M., J. Mol. Catal. A-Chem., 2016,422, 35—42
[25]	Zhang X., Wilson K., Lee A. F., Chem. Rev., 2016,116(19), 12328—12368 doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00311 URL pmid: 27680093
[26]	Mika L. T., Csefalvay E., Nemeth A., Chem. Rev., 2018,118(2), 505—613 doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00395 URL pmid: 29155579
[27]	Megías-Sayago C., Bobadilla L. F., Ivanova S., Penkova A., Centeno M. A., Odriozola J. A., Catal. Today, 2018,301, 72—77
[28]	Chen H., Jia X., Li Y., Liu C., Yang Y., Catal. Today, 2015,256, 153—160
[29]	Arrii S., Morfin F., Renouprez A. J., Rousset J. L., J. Am. Chem. Soc., 2004,126(4), 1199—1205 doi: 10.1021/ja036352y URL pmid: 14746491
[30]	Mallick K., Scurrell M. S., Appl. Catal. A: Gen., 2003,253(2), 527—536
[31]	Roman-Leshkov Y., Moliner M., Labinger J. A., Davis M. E., Angew. Chem. Int. Ed., 2010,49(47), 8954—8957 doi: 10.1002/anie.201004689 URL pmid: 20963742
[32]	Hannah N., Nikolakis V., Vlachos D. G., ACS Catal., 2016,6(3), 1497—1504
[33]	Ishimoto T., Hamatake Y., Kazuno H., Kishida T., Koyama M., Appl. Surf. Sci, 2015,324, 76—81

Au负载SBA-15分子筛上葡萄糖氧化反应

Glucose Oxidation on Au-supported SBA-15 Molecular Sieve ^†

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 33

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	杨丹, 刘旭, 戴翼虎, 祝艳, 杨艳辉. 金团簇电催化二氧化碳还原反应的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(7): 20220198.
[2]	赵盈喆, 张建玲. 金属-有机框架基材料在二氧化碳光催化转化中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(7): 20220223.
[3]	李志光, 齐国栋, 徐君, 邓风. Sn-Al-β分子筛酸性在葡萄糖转化反应中作用的固体NMR研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220138.
[4]	陈望松, 罗兰, 刘玉广, 周华, 孔祥贵, 栗振华, 段昊泓. 光电解水制氢耦合生物质醇/醛氧化的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210683.
[5]	何宇婧, 李佳乐, 王东洋, 王福玲, 肖作旭, 陈艳丽. 锌活化Fe/Co/N掺杂的生物质碳基高效氧还原催化剂[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220475.
[6]	王美银, 黄道丰, 陈欣, 周俊夫, 任远航, 叶林, 岳斌, 贺鹤勇. 介孔磷钨酸铯盐的液相组装及酸性研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(9): 2734.
[7]	张志兰, 王宁, 唐丹丹, 舒婕, 李晓虹. 固体核磁共振Multiple-CP定量技术的参数优化与应用研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 784.
[8]	李柳, 孙仕勇, 吕瑞, GOLUBEVYevgeny Aleksandrovich, 王可, 董发勤, 段涛, KOTOVAOlga Borisovna, KOTOVAElena Leonidovna. 铁氨基黏土-葡萄糖氧化酶纳米复合催化剂的构筑及多酶级联反应研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 803.
[9]	孙海珠, 杨国夺, 杨柏. 碳点的设计合成、结构调控及应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(2): 349.
[10]	侯华, 王宝山. 六氟化硫替代气体绝缘强度的官能团加和理论方法[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3709.
[11]	齐国栋, 叶晓栋, 徐君, 邓风. 分子筛上糖类催化转化的核磁共振研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(1): 148.
[12]	赵淑芳, 黄骏. 分子筛材料的酸性和择形选择性的固体核磁共振研究[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(1): 165.
[13]	王欢, 所金泉, 王春艳, 王润伟. 氨基化树枝状介孔二氧化硅固定葡萄糖氧化酶用于检测葡萄糖[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(8): 1731.
[14]	王晓宇, 晏国全, 周新文, 杨芃原. 化学裂解结合生物质谱对多肽二硫键的定位[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(7): 1505.
[15]	周华, 栗振华, 孔祥贵, 段昊泓. 生物质平台化合物电催化制备高值燃料与化学品研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(7): 1449.

Au负载SBA-15分子筛上葡萄糖氧化反应

Glucose Oxidation on Au-supported SBA-15 Molecular Sieve †

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 7

参考文献 33

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

Glucose Oxidation on Au-supported SBA-15 Molecular Sieve ^†