壳聚糖衍生Co@NCs催化HMF氧化酯化反应—非均相催化6

生物壳的提炼是指将甲壳类贝壳分解为其主要成分并将这些成分转化为增值化学品和材料的过程。近年来该研究领域受到了越来越多的关注。其中壳聚糖是生物壳的主要成分之一，价格十分廉价。因为壳聚糖具有大量的胺基，使其对过渡金属离子的结合力高于其他生物质。因此，壳聚糖应该是制备金属掺杂氮碳材料的理想前体。最近，已经开发了几种来自壳聚糖及其衍生物的金属掺杂氮碳材料，用于电催化、有机合成和污染物降解等领域。基于锌的低沸点，我们尝试将其作为自牺牲模板剂，来提高碳材料的比表面积。基于以上分析，本论文用Co盐和Zn盐与壳聚糖的-NH2或-OH基团配位形成CoZn@壳聚糖，然后其可以在一定温度（900 oC）下热解以允许蒸发或部分蒸发锌生成多孔的Co@NCs（钴/氮碳材料）。

利用生物质衍生材料实现生物质转化无疑是最理想的选择之一。因此，本论文将该催化剂用于催化生物质平台化合物5-羟基甲基呋喃醛（HMF）的氧化酯化，所得产物是生物基高分子（PEF）的主要原料。

本文研究要点：

(1)  本论文开发了一种新的高效绿色的自牺牲模板合成策略用于合成多孔Co@NCs。其中，Zn作为自牺牲模板，而壳聚糖作为碳源。
(2)  本论文首次将生物质衍生Co@NCs材料用于HMF的氧化酯化反应中。同时该方法易于放大，且其同样适用于其他过渡金属/氮碳材料的合成。
(3)  本论文对于Zn的作用进行了讨论和分析。实验和DFT计算结果表明，Zn在催化剂制备和催化HMF氧化酯化反应中都起到了重要的作用。在催化剂制备过程中，Zn作为自牺牲模板剂可以有效提高碳材料的比表面积和缺陷度。在催化反应过程中，残留在催化剂中的Zn可以有效调节材料的酸碱位点进而降低反应的能垒。

该研究成果已经发表在Molecular Catalysis上，通讯作者为南京理工大学副教授陆国平和南洋理工大学教授陈忠。Lin, Y.; Lu, G.-P.; Zhao, X.; Cao, X.; Yang, L.; Zhou, B.; Zhong, Q.;Chen, Z., Porous cobalt@N-doped carbon derived from chitosan for oxidativeesterification of 5-Hydroxymethylfurfural: The roles of zinc in the syntheticand catalytic process. Molecular Catalysis 2020, 482,110695.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S246882311930553X
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