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化学家研制出用于生物燃料合成的纳米催化剂

RUDN的化学家使用钌（Ru）纳米颗粒合成了新型催化剂，用于从有机生物废物中生产生物燃料 。纳米催化剂比目前市场上可用的化合物支持更强烈和更持久的反应 。研究结果发表在 ChemSusChem 期刊上 。

化学家研制出用于生物燃料合成的纳米催化剂

文章插图
RUDN的外部专家Rafael Luque与他的中国和西班牙同事一起致力于γ-戊内酯（GVL）的合成 。这种无色液体可以从食物垃圾或收获的残余物中获得 。
GVL可用作安全溶剂或汽油添加剂，也可以蒸馏成碳氢化合物，是内燃机的“绿色燃料” 。
GVL的工业用途受到两个主要问题的阻碍 。首先，其制造涉及昂贵的催化剂 。当前的市场供应包括基于贵金属（如钌）的物质 。第二，可用的催化剂不能支持持续的反应 。
ChemSusChem中 文章的作者 提出了两个问题的解决方案 。他们合成了四种基于二氧化钛晶体的新型催化剂，其中钌纳米颗粒的比例分别为1％，2％，3％和5％（目前，催化剂含量超过5％） 。
在一系列实验中，化学家们不仅寻找能够长期支持反应的最具活性的催化剂，而且寻找最稳定的催化剂 。
研究人员在新催化剂（基于二氧化钛的催化剂）和以前已知的不同催化剂存在下，通过乙酰丙酸或乙酰丙酸甲酯的加氢制备了GVL 。
他们还测试了纯二氧化钛的催化活性，在所有可能的条件下尝试了每种物质 。科学家改变了温度，催化剂的体积，溶剂中初始物质的浓度以及流入反应器的速度 。
事实证明，纯二氧化钛没有催化活性 。GVL仅在钌纳米颗粒存在下才由初始物质合成 。科学家合成的所有基于二氧化钛的催化剂都具有活性；
但是纳米颗粒含量最高（5％）的变化显示出最高的效率 。在它的存在下，反应发生在98％的初始物质中，而97％的反应用于合成目标产物（GVL） 。
尽管钌的份额相同，但是先前已知的催化剂的结果要低得多，并且实验从未使用乙酰丙酸甲酯生物废料 。
例如，在碳基钌催化剂的存在下，反应在83％的乙酰丙酸中进行，而只有52％的酸被分配用于GVL合成 。
新催化剂的高稳定性是一个更重要的发现 。尽管传统催化剂在反应开始两小时后就失去了活性，但基于二氧化钛的物质却在这段时间内提高了结果 。
钌纳米颗粒含量为5％的催化剂再次击败了其他催化剂：GVL连续24小时连续合成 。
“传统的GVL合成方法涉及间歇反应器中的短期反应，” RUDN的外部专家，药物创新化合物的分子设计和合成中心教授Rafael Luque说 。
“因此，没有连续GVL生产的催化剂 。我们设法基于二氧化钛晶体建立了一个相对便宜，高效且非常稳定的催化体系 。新催化剂的潜力不仅仅限于GVL合成-我们计划在其他研究中使用它们 。”
【化学家研制出用于生物燃料合成的纳米催化剂】

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