木质素是木质纤维素的主要成分，木质素含有各种结构甲氧基化苯丙烷，能够作为可再生原料用于生产各种化学品和生物能源。通过还原反应或者热处理，木质素解聚合反应可以得到木质素相关的生物燃料。在生物燃料中含有多种多样的甲氧基酚类产物，其中愈创木酚是主要的组分。

因此愈创木酚的加氢脱氧化反应受到广泛关注。目前愈创木酚的HDO加氢脱氧反应通常在液相条件以≤523 K和较高的H₂压力（1-20 MPa）或者在更高的温度（623-723 K）和较低的H₂压力（0.1-0.5 MPa）以气相方式进行催化反应。其中通过气相催化反应能够在较低的压力中进行反应，因此避免使用高压要求更高的反应器，因此得以降低操作上的成本。同时使用价格合理和高活性催化剂，有助于提高生物精炼催化，其中Fe基催化剂受到关注，但是Fe基催化剂容易产生积碳导致催化剂失活。

日本东北大学Yoshinao Nakagawa、Keiichi Tomishige等报道通过共沉积法合成了一系列CeO₂基底修饰少量贵金属的催化剂NM-Fe/CeO₂（NM=Pt, Ir, Pd, Rh, Ru），随后考察合成的催化剂在673 K和大气气氛中进行愈创木酚（guaiacol）的加氢脱氧合成酚类产物。具体的，考察了催化反应体系中加入H₂O的影响，发现加入H₂O能够改善催化剂的稳定性，在各种不同催化剂的活性对比，发现当体系在有H₂O条件进行催化反应，Pt-Fe/CeO₂的催化活性比其他贵金属修饰的催化剂或者未修饰贵金属的催化剂更好。作者通过各种表征技术和DFT计算模拟研究了Pt-Fe/CeO₂具有优异催化活性的原因。

本文要点：

（1）

在没有H₂O存在时，相对于Fe/CeO₂催化剂，含有贵金属的催化剂能够在起始阶段改善催化反应活性，但是催化剂面临着比Fe/CeO₂更加严重的失活现象；但是，当反应过程中有H₂O，能够改善NM-Fe/CeO₂的稳定性。在各种不同NM-Fe/CeO₂催化剂中，Pt-Fe/CeO₂展示了最好的愈创木酚催化活性。

（2）

表征。通过XAS表征，验证发现加入Pt后，催化剂的本征催化活性物种FeO_x（Fe₄O₆）仍保留，同时加入的Pt在催化反应过程中还原为单原子合金簇Pt₁Fe₄位点，这种Pt₁Fe₄位点促进FeO_x还原生成配位不饱和催化活性位点。通过程序升温表面反应表征，验证Pt₁Fe₄单原子位点同时促进H₂O分子解离。

通过Raman光谱、STEM、XAS对催化剂在催化反应过程中的变化进行表征，验证了当没有H₂O，催化剂中的Fe₄O₆位点发生碳化和催化剂积碳现象导致催化剂失活。在催化反应体系中加入H₂O时，无催化活性的碳化铁生成得到抑制。

参考文献

Congcong Li, Yoshinao Nakagawa*, Mizuho Yabushita, Akira Nakayama, and Keiichi Tomishige*, Guaiacol Hydrodeoxygenation over Iron–Ceria Catalysts with Platinum Single-Atom Alloy Clusters as a Promoter, ACS Catal. 2021, 11, 12794–12814

DOI: 10.1021/acscatal.1c03539

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c03539