大连理工李新勇课题组：锰钴尖晶石中构筑Mn⁴⁺-OV-Co²⁺活性位点以增强HMF光催化氧化制备高附加值化学品

背景：5-羟甲基糠醛（HMF）是一种重要的生物质衍生平台化合物，可用于生产高附加值化学品。过渡金属氧化物，特别是尖晶石结构，在氧化反应中能促进界面电子转移，活性金属位点与氧空位的协同作用对提升催化效率至关重要，但其原子尺度机理尚不明确。研究目的：本文通过调控锰钴尖晶石（Mn-Co Spinel）中的Mn4+-OV-Co2+活性位点，旨在显著提升HMF的光催化氧化性能。研究采用原位掺杂（MCO4-δ-1）和后掺杂（MCO4-δ-2）两种方法制备催化剂，比较其催化活性，并通过实验表征与理论计算揭示活性位点与反应机理。结论：研究发现，后掺杂催化剂MCO4-δ-2具有更高浓度的Mn4+-OV-Co2+活性位点和氧空位，实现了HMF的最高转化率和产物产率（356.55 μmol g-1）。DFT计算与原位技术表明，Mn4+-OV-Co2+是催化活性位点，·O₂⁻在醛基向羧基转化中起关键作用，促进了HMFCA的生成。本研究证明了合成方法对调控尖晶石基材料催化性能的重要性，为开发高效生物质转化催化剂提供了指导。