磁性MnO2-Fe3O4复合氧化物高效催化5-羟甲基糠醛制备2,5-呋喃二甲酸

本篇论文主要探讨了磁性MnO2-Fe3O4复合氧化物在5-羟甲基糠醛（HMF）氧化合成2,5-呋喃二甲酸（FDCA）过程中的催化性能优化。作者以不同晶型的MnO2作为催化剂，其中α-MnO2因其较高的催化活性被选择与Fe3O4复合，目标是提高HMF转化为FDCA的效率。 首先，通过X射线衍射（XRD）技术，研究人员验证了复合催化剂保留了α-MnO2和Fe3O4的基本晶体结构，这为催化剂的稳定性提供了基础。X射线光电子能谱（XPS）分析则揭示了催化剂中活性中心的变化，即Mn4+·O2-离子对的数量增加，这可能增加了催化活性中心的数量，从而提升了对HMF氧化反应的催化性能。 扫描电镜（SEM）和吡啶吸附红外光谱（Py-FTIR）的表征进一步揭示了催化剂表面的微观形貌和功能团特性，有助于理解催化剂与反应物之间的相互作用机制。NH3/CO2程序升温脱附（NH3/CO2-TPD）实验则用于评估催化剂的酸碱性，这对于了解催化反应中的中间步骤和副反应至关重要。 在优化HMF氧化到FDCA的反应条件过程中，复合催化剂Mn8Fe3Ox表现出优异的催化活性。实验结果显示，在最优化的反应条件下，HMF能够被完全转化，且得到的FDCA收率高达76.9%，这表明磁性MnO2-Fe3O4复合氧化物具有很高的转化效率和经济价值。 这篇研究不仅深入探讨了催化剂的结构与性能之间的关系，还为5-羟甲基糠醛的高效氧化转化为2,5-呋喃二甲酸提供了一种新型、高效的催化剂体系。这对于生物质化学转化和绿色化学的发展具有重要意义。该研究结果对于设计和开发新型环保催化剂以及改进现有化工过程具有实用价值。