从生物乙醇中直接和选择性地生产C₃₊烯烃对于生产航空生物燃料等可再生运输燃料仍然是一个严峻的挑战和重要的任务。

近日，橡树岭国家实验室Zhenglong Li报道了一种Cu、Zn和Y金属中心均匀高度分散的Cu−Zn−Y/Beta催化剂，用于乙醇选择性转化为富丁烯的C₃₊烯烃（在623 K，100%乙醇转化率下选择性为88%）。

文章要点

1）乙醇到丁烯的反应路线包括乙醇脱氢、羟醛缩合成巴豆醛和加氢成丁醛，然后进一步加氢和脱水反应生成丁烯。在氢气存在下，Cu中心在促进巴豆醛C=C键加氢生成丁醛方面起着关键作用，这使得这是一条与巴豆醇为基础的乙醇-丁二烯反应不同的途径。

2）在乙醇和乙醛（543 K，12 kPa乙醇，1.2 kPa乙醛，101.9 kPa H₂）存在下，单金属Zn/Beta和Y/Beta催化剂上的反应速率测量表明，Y金属位点的C−C偶联率高于Zn金属位点(初始C−C偶联率，6.1×10⁻³ mol mol_Y−1 s−1 vs 1.2×10⁻³ mol mol_Zn⁻¹ s⁻¹)。

3）不同Y负载量的Cu−Zn−Y/Beta催化剂上的Lewis酸性Y中心密度与初始C−C偶联率呈线性相关，表明在Cu−Zn−Y/Beta催化剂中，Lewis酸性Y中心是催化C-C偶联的主要金属中心。

4）对照实验表明，尽管脱铝Beta载体上Y位的原子分散度和Y−O配位数相似，但与二氧化硅或脱配位的MWW相比，脱铝Beta载体对形成更高密度的路易斯酸性Y位很重要，导致每摩尔Y的C−C偶联率比其它载体高9倍以上。

这项研究强调了独特的金属中心组合在促进乙醇选择性价化为C₃₊烯烃方面的重要性，这激发了人们开发多功能沸石催化剂的动力，其中具有不同反应性和功能的多个中心的存在允许在复杂反应中控制主要的分子通量朝向所需的产物。

参考文献

Junyan Zhang, et al, Isolated Metal Sites in Cu−Zn−Y/Beta for Direct and Selective Butene-Rich C₃₊ Olefin Formation from Ethanol, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.1c02177

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c02177