De omzetting van overvloedige biomassa en hun derivaten in brandstoffen en chemicaliën met een hoge toegevoegde waarde wordt beschouwd als een veelbelovende groene weg om onze afhankelijkheid van conventionele fossiele hulpbronnen te verminderen. Onder hen, de pyrolyse van lignocellulose is een groen en economisch middel geworden voor massaproductie van bio-oliën ter vervanging van fossiele brandstoffen. Echter, door het rijke zuurstofgehalte, de verkregen bio-oliën hebben een relatief lage energiedichtheid en kunnen schade aan motoren veroorzaken. De katalytische hydrodeoxygenatie (HDO) is daarom gebruikt om bio-oliën met een hoge energiedichtheid op te waarderen door selectief het zuurstofgehalte te verwijderen.

Als een direct pyrolyseproduct van lignocellulose, vanilline kan via HDO worden opgewaardeerd tot 2-methoxy-4-methylfenol (MMP). Het verkregen MMP heeft brede toepassingen, niet alleen als brandstof met een hoge energiedichtheid, maar ook als een belangrijk tussenproduct voor het synthetiseren van geneesmiddelen en geurstoffen. Daarom, het ontwikkelen van efficiënte niet-edelmetaalkatalysatoren die in staat zijn selectief HDO van vanilline tot MMP in water te maken, is vereist.

Het synergetische effect van de op gelegeerde nanodeeltjes (NP's) gebaseerde katalysatoren is met voordeel gebruikt om de prestaties van de katalysator drastisch te verbeteren voor het opwaarderen van biomassa en biomassaderivaten tot hoogwaardige chemicaliën en brandstoffen. In het algemeen, de metalen uit groep VIII (Ni, Ru, Rh, pd, Pt) bezitten hoge katalytische activiteiten voor de hydrogenering van onverzadigde C=C-bindingen en C=O-bindingen. Om deze reden, niet-kostbare op Ni gebaseerde katalysatoren zijn op grote schaal gebruikt om HDO-reacties te katalyseren, maar met beperkte selectiviteit naar zuurstofvrije producten. Om de deoxygeneringsactiviteit en selectiviteit van op Ni gebaseerde katalysatoren te verbeteren, het verbinden van Ni met andere metalen om gelegeerde NP's te vormen is een efficiënte strategie.

Onlangs, een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Huijun Zhao van het Institute of Solid State Physics, HFIPS, KAS, China rapporteert de controleerbare synthese van goed gedefinieerde NP's van Ni-Co-legeringen opgesloten door N-gedoteerde koolstofnanobuizen (N-CNT's) en hun toepassing als een efficiënte HDO-katalysator om vanilline te transformeren, zijn derivaten en andere aromatische aldehyden tot de overeenkomstige MMP's en gedeoxygeneerde producten. De experimentele resultaten tonen aan dat de als gesynthetiseerde Ni-Co-legering NPs-katalysator (NiCo@N-CNTs/CMF) vanilline volledig kan omzetten in MMP met een selectiviteit van 100% onder milde reactieomstandigheden, overtreft de gerapporteerde hoogwaardige niet-kostbare HDO-katalysatoren. Indrukwekkend, de katalysator vertoont uitstekende katalytische HDO-prestaties ten opzichte van een breed spectrum van vanillinederivaten en andere aromatische aldehyden met een conversie-efficiëntie van 100% en een hoge selectiviteit (91,5% tot 100%). De DFT-berekeningen en experimentele resultaten bevestigen dat de bereikte uitstekende HDO-katalytische prestaties te wijten zijn aan de sterk bevorderde selectieve adsorptie en activering van C=O, en desorptie van de geactiveerde waterstofsoorten door het synergisme van de gelegeerde Ni-Co NP's. De bevindingen van dit werk bieden een nieuwe strategie voor het ontwerpen en ontwikkelen van efficiënte op overgangsmetaal gebaseerde katalysatoren voor HDO-reacties in water.

De resultaten zijn gepubliceerd in Chinees tijdschrift voor katalyse .