等离子体银纳米粒子在固定化金属离子的催化作用下促进糖向HMF的转化

文献：Plasmonic silver nanoparticles promoted sugar conversion to 5-hydroxymethylfurfural over catalysts of immobilised metal ions

作者：pengfei Han、Tana tana

期刊：Applied catalysis B:Environment

影响因子：24.319

摘要

等离子体光催化已经引起了广泛的关注，但尚未应用于酸催化的反应。本文报道银纳米颗粒（AgNPs）的可见光辐照促进了几种固定化金属离子使糖脱水的Lewis酸催化，在中等温度下以良好的收率生产了5-羟甲基糠醛（HMF）。使用固定化的Cr 3+实现了d-葡萄糖转化的HMF的产率为68％。有AgNPs时的产率有AgNPs时高13.4倍。并且提出了糖分子与金属离子配位，并且这些金属络合物的光吸收导致电子密度分布移向离子，从而提高了催化活性。AgNPs等离子体激元共振将入射光放大到高强度，从而大大提高了催化活性。

实验内容：图a可知光照条件下产率更高，并且在添加少量水的情况下，可以优化葡萄糖的转化，水分子通过协助质子转移来降低异构化的激活屏障，水分子配位Cr3+离子时，势垒略有降低。反应体系中较高的水含量会削弱DMSO作为溶剂的效力，降低HMF产物的稳定性。图b表示HMF的产率可以通过光照开关来控制，图c和图d表示HMF的产率随辐照强度的增加而增加。

催化剂表征

吸附和x射线衍射的结果证实，γ-氧化铝相载体具有较高的比表面积，使许多有机官能团能够接枝以固定活性位点Cr3+离子。随机定向的纳米纤维形成大介孔结构。这些孔隙有空间来装载AgNPs，同时减轻了反应中搅拌引起的AgNPs的损失，并允许反应物和产物的有效扩散。催化剂与纤维从反应悬浮液中分离很容易(通过过滤)。图b中的TEM图像显示，平均直径为7 nm的AgNPs附着在Ag/G-Al2O3-Cr3+光催化剂中的γ-氧化铝纤维堆中。γ-氧化铝纤维的尺寸是典型的约5 nm厚，约80 nm长XPS和EPR分析表明，Cr3+离子通过与接枝氨基和亚氨基络合固定在载体上，铬离子位于AgNPs之间，而不是附着在AgNPs表面。这些结果与以设计方式呈现的组件一致(图c底部)。

结果与讨论

证明了可见光照射可以提高固定化金属离子的性能，通过糖的脱水催化生成HMF。光促进LMCT效应，电子密度从糖配体转移到金属离子，光激发的具有多余能量的中间产物是反应性的。因此，糖分子配体的分子内h移，醛糖到酮糖异构化的速率决定步骤加快。在较高的辐照强度下，AgNPs的增强更为显著，并且AgNPs能将入射光集中到高强度。因此，在中等温度和较低的金属离子化学计量学条件下，发光的AgNPs能显著促进催化异构化。这些研究结果拓展了光催化的潜在应用，为光催化中的LSPR效应提供了新的见解。

转自：“科研一席话”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！