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從5-羥甲基呋喃甲醛（HMF）生物質作為原料通過選擇性轉化方式生成生物可降解的2,5-雙(羥甲基)四氫呋喃（BHMTHF），能夠用于可再生聚合物，但是因為HMF官能團非常復雜、氫氣解離非常困難，導致使用單原子催化劑是個挑戰。

有鑒于此，中國科學院寧波材料技術與工程研究所張健研究員、加州理工學院William A. Goddard, III等報道基于從頭算分子動力學（AIMD）和量子計算（QM）研究該反應的機理。

本文要點

（1）

結果表明Ru單原子催化劑能夠同時切斷H₂分子并且對2,5-雙(羥甲基)呋喃（BHMF）進行催化開環，生成可生物降解的BHMTHF，該反應步驟的能壘為0.82 eV。

（2）

Ru單原子具有獨特的性質，能夠非常方便的切斷H₂分子參與反應，而且中間體不必遷移。通過微動力學進行理論計算預測結果表明，在300-500 K溫度，對環的加氫和側鏈的氫解反應比開環加氫反應更快速。在300 K，BHMTHF的選擇性達到98.9 %，在500 K，BHMTHF的選擇性為78.4 %。這項研究揭示了Ru單原子在催化加氫催化反應中的獨特反應性能，為設計生物質催化轉化的單原子催化劑提供幫助。

參考文獻

Liyuan Huai, Jian Zhang*, and William A. Goddard III*, The Reaction Mechanism and Rates at Ru Single-Atom Catalysts for Hydrogenation of Biomass BHMF to Produce BHMTHF for Renewable Polymers, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c11551

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c11551