天津大学张敏华在ACS Catalysis发表重要研究成果
论论资讯 ｜ 2024-04-29 ｜
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ACS Catalysis
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Theoretical Insights into the Reaction Mechanism of Direct Hydrogenation of Maleic Anhydride to Produce 1,4-Butanediol on the Cu-ZnO Surface
Guan X.; Yu Y.; Zhang M.
Published：2024-01-01
DOI：10.1021/acscatal.4c00745
研究背景
随着对生物可降解塑料的需求不断增加，1,4-丁二醇作为生产聚丁二酸丁二酯（PBS）和聚丁二酸-对苯二甲酸酯（PBAT）等生物可降解塑料的重要单体变得至关重要。直接氢化顺丁二酐制备1,4-丁二醇技术备受关注，因其工艺简短、反应条件温和、催化剂成本低廉以及能够共生产各种产品的能力。然而，目前对于在Cu-ZnO表面直接氢化顺丁二酐制备1,4-丁二醇的反应机理尚不明确，副产物的种类和途径也不清楚。这种不明确阻碍了催化剂的改进和应用。本研究通过自旋极化密度泛函理论系统地研究了在Cu-ZnO上直接氢化顺丁二酐制备1,4-丁二醇的反应机理。
研究内容
研究发现，在Cu211-ZnO界面上，关键物种顺丁二酐、γ-丁内酯、1,4-丁二醇、四氢呋喃和正丁醇在吸附时比非界面区域更稳定。主要反应的最佳途径为顺丁二酐 → C<sub>4</sub>H<sub>3</sub>O<sub>3</sub> → 顺琥珀酸 → C<sub>4</sub>H<sub>5</sub>O<sub>3</sub> → C<sub>4</sub>H<sub>4</sub>O<sub>2</sub> → C<sub>4</sub>H<sub>5</sub>O<sub>2</sub> → γ-丁内酯。研究表明，Cu211-ZnO界面更有利于直接氢化顺丁二酐的主要反应。此外，研究还明确了副产物丁酸、丁醇和丙酸的生成途径。
研究意义
本研究对于催化剂的构建和改进、提高1,4-丁二醇产率和纯度、优化生产过程提供了宝贵的见解和指导。希望这项研究能够为改善1,4-丁二醇和生物可降解塑料行业提供一些建议和帮助，推动这一领域的发展。
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