Forskare har utvecklat en guldbaserad katalysator som uppnår höga utbyten av acetaldehyd från bioetanol vid lägre temperaturer än tidigare referensvärden. Innovationen, som involverar en blandning av guld, mangan och koppar, överträffar ett rekord från för en dekad samtidigt som den främjar hållbarhet. Detta framsteg kan göra produktionen av nyckelkemikalier för industrin mer miljövänlig.
Acetaldehyd fungerar som en vital byggsten i tillverkning, särskilt för plaster och läkemedel. Traditionellt produceras det via etylenbaserad Wacker-oxideringsprocess, som är kostsam och miljöbelastande. Ett grönare tillvägagångssätt involverar selektiv oxidation av bioetanol, även om tidigare katalysatorer kämpade med att balansera aktivitet och selektivitet, ofta med utbyten under 90 procent acetaldehyd.
För över ett decennium sedan introducerade forskare inklusive Peng Liu och Emiel J.M. Hensen en Au/MgCuCr2O4-katalysator som nådde över 95 procents utbyten vid 250°C och bibehöll stabilitet i mer än 500 timmar. Denna milstolpe, detaljerad i studier från 2013 till 2017, belyste en nyckelinteraktion Au0-Cu+ men lämnade utmaningar i att skapa icke-toxiska versioner som fungerar vid ännu lägre temperaturer.
I senaste arbete avancerade ett team ledd av prof. Peng Liu vid Huazhong University of Science and Technology och prof. Emiel J.M. Hensen vid Eindhoven University of Technology detta fält. De konstruerade Au/LaMnCuO3-perovskitkatalysatorer och varierade mangan-till-koppar-förhållanden genom en sol-gel-förbränningsprocess följd av beläggning med guldnanopartiklar. Den optimala varianten, Au/LaMn0.75Cu0.25O3, gav 95 procent acetaldehydutbyte vid 225°C och var stabil i 80 timmar.
Högre kopparkoncentrationer minskade prestandan, eftersom koppar förlorade sin aktiva tillstånd under reaktioner. Beräkningsanalyser med densitetsfunktionalteori och mikrokinetisk modellering visade att koppardopning i LaMnO3-strukturen skapar aktiva platser nära guldpartiklar. Dessa platser underlättar interaktioner mellan syre och etanol, vilket sänker energibarriärer för reaktionen.
Resultaten, publicerade i Chinese Journal of Catalysis (2025, volym 75, sidor 34), understryker värdet av precis sammansättningssjustering för effektivitet och stabilitet i hållbar kemisk produktion. Materialen tillhandahölls av Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences.
