生物质是地球上最丰富的可再生资源。通过合适的催化剂，可以将其转化为燃料和高价值的化学品。异质催化选择性加氢是精细化学品生产中最广泛使用的方法之一。
这个过程对于将生物质衍生的有机分子转化为增值化学品尤为关键，因为它们含氧量高。轻甲酸(LA)及其酯类的选择性加氢转化为γ-戊内酯(GVL)是生物质转化中的关键和代表性反应。虽然Ru、Pd、Pt和Ir等贵金属催化剂在将LA及其酯类转化为GVL时表现出高活性和选择性，但它们的高成本限制了工业应用。相比之下，非贵金属催化剂，如Ni和Cu，已经引起了人们相当大的关注。
然而，这些非贵金属催化剂通常面临重大挑战，包括活性和选择性较差、依赖有机溶剂，以及需要高温(通常超过160 °C)、高氢压力和其他苛刻的反应条件。开发强大高效的非贵金属催化剂，以水作为溶剂，在低温下将LA及其酯类转化为GVL仍然是一个关键挑战，但对于推进生物质转化的发展至关重要。
近日，陕西师范大学董文生、李吉凡和富山大学Noritatsu Tsubaki(椿范立)等用植酸(PA)作为螯合剂和磷源，将高活性Ni3P锚定在SBA-15的介孔通道内(xPNi/SBA-15)。
PA是一种天然、无毒、环境友善且可再生的生物化合物，含有六个磷酸基团，它不仅促进金属阳离子的交联，而且在随后的PA金属前驱体热解形成金属磷酸盐过程中作为磷源。催化剂的制备方法很简单，即先用PA和Ni(NO3)2依次浸渍SBA-15，然后进行氢还原形成Ni3P。PA提供锚定位点，防止Ni颗粒的团聚，并提供形成Ni3P所需的磷。
最佳的0.3PNi/SBA-15催化剂在低温加氢反应中表现出优异的性能，在90 °C下，以水为溶剂，GVL生产率达到32.4 molGVL mol Ni-1 h-1，优于最近报道的最先进的非贵重催化剂。此外，该催化剂在各种生物质衍生化合物的加氢反应中表现出广谱适用性，包括醛类、酮类和亚硝酸根。
基于系统的表征和理论计算结果，研究人员提出了一种在0.3PNi/SBA-15上ML氢化成GVL的合理的催化反应机制。
具体而言，ML首先被限制在SBA-15通道内的Ni3P超细纳米颗粒的Niδ+位点吸附和激活。激活是通过与ML中酮基团氧原子上的单个电子对键合发生的。然后，吸附和激活的ML被氢化形成中间体4-羟基乙酰丙酸甲酯。最后，来自Niδ+物种的酸位点促进了4-羟基乙酰丙酸甲酯的脱水和环化形成GVL。
综上，该项研究提出了一种简单的锚定策略，用于开发高活性和经济高效的超细磷化物催化剂用于生物质利用，为推进生物质转化的发展铺平了道路。
High-performance nickel phosphide confined in SBA-15 for low-temperature hydrogenation of biomass-derived compounds. ACS Catalysis, 2025.DOI: 10.1021/acscatal.4c08049