La conversione dell'abbondante biomassa e dei loro derivati ​​in combustibili e prodotti chimici ad alto valore aggiunto è considerata una promettente strada verde per ridurre la nostra dipendenza dalle risorse fossili convenzionali. Tra loro, la pirolisi della lignocellulosa è diventata un mezzo verde ed economico per la produzione di massa di bio-oli in sostituzione dei combustibili fossili. Però, grazie al ricco contenuto di ossigeno, i bio-oli ottenuti possiedono densità di energia relativamente bassa e potrebbero causare danni ai motori. L'idrodeossigenazione catalitica (HDO) è stata quindi impiegata per potenziare i bio-oli ad alta densità energetica rimuovendo selettivamente i contenuti di ossigeno.

Come prodotto diretto di pirolisi lignocellulosica, la vanillina può essere aggiornata a 2-metossi-4-metilfenolo (MMP) tramite HDO. L'MMP ottenuto ha ampie applicazioni non solo come combustibile ad alta densità energetica, ma anche come importante intermedio per sintetizzare farmaci e fragranze. Perciò, è necessario sviluppare catalizzatori di metalli non preziosi efficienti in grado di trasformare selettivamente l'HDO della vanillina in MMP in acqua.

L'effetto sinergico dei catalizzatori a base di nanoparticelle legate (NP) è stato vantaggiosamente utilizzato per migliorare notevolmente le prestazioni del catalizzatore per l'aggiornamento della biomassa e dei derivati ​​della biomassa a prodotti chimici e combustibili di alto valore. In generale, i metalli del gruppo VIII (Ni, Ru, RH, Pd, Pt) possiedono elevate attività catalitiche per l'idrogenazione dei legami C=C e C=O insaturi. Per questa ragione, catalizzatori non preziosi a base di Ni sono stati ampiamente impiegati per catalizzare reazioni HDO, ma esibendo una selettività limitata verso i prodotti privi di ossigeno. Per migliorare l'attività di deossigenazione e la selettività dei catalizzatori a base di Ni, alleare Ni con altri metalli per formare NP di lega è una strategia efficiente.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Huijun Zhao dell'Institute of Solid State Physics, HFIPS, CAS, La Cina riporta la sintesi controllabile di ben definite NP in lega Ni-Co confinate da nanotubi di carbonio drogati con N (N-CNT) e la loro applicazione come catalizzatore HDO efficiente per trasformare la vanillina, suoi derivati ​​e altre aldeidi aromatiche alle corrispondenti MMP e prodotti deossigenati. I risultati sperimentali dimostrano che il catalizzatore NPs in lega Ni-Co sintetizzato (NiCo@N-CNTs/CMF) può convertire completamente la vanillina in MMP con una selettività del 100% in condizioni di reazione blande, superando i catalizzatori HDO non preziosi ad alte prestazioni riportati. Impressionante, il catalizzatore mostra eccellenti prestazioni catalitiche HDO verso un ampio spettro di derivati ​​della vanillina e altre aldeidi aromatiche con efficienza di conversione del 100% ed elevata selettività (dal 91,5% al ​​100%). I calcoli DFT e i risultati sperimentali confermano che le eccezionali prestazioni catalitiche dell'HDO ottenute sono dovute all'adsorbimento selettivo fortemente promosso e all'attivazione di C=O, e desorbimento delle specie di idrogeno attivato dal sinergismo delle NP Ni-Co in lega. I risultati di questo lavoro offrono una nuova strategia per progettare e sviluppare catalizzatori efficienti a base di metalli di transizione per reazioni HDO in acqua.

I risultati sono stati pubblicati in Giornale cinese di catalisi .