La conversion de la biomasse abondante et de leurs dérivés en carburants et produits chimiques à haute valeur ajoutée est envisagée comme une voie verte prometteuse pour réduire notre dépendance aux ressources fossiles conventionnelles. Parmi eux, la pyrolyse de la lignocellulose est devenue un moyen vert et économique de production de masse de bio-huiles pour remplacer les combustibles fossiles. Cependant, en raison de la richesse en oxygène, les bio-huiles obtenues possèdent une densité énergétique relativement faible et pourraient endommager les moteurs. L'hydrodésoxygénation catalytique (HDO) a donc été utilisée pour valoriser les bio-huiles à haute densité énergétique en éliminant sélectivement les teneurs en oxygène.

En tant que produit de pyrolyse directe de la lignocellulose, la vanilline peut être transformée en 2-méthoxy-4-méthylphénol (MMP) via HDO. Le MMP obtenu a de larges applications non seulement en tant que carburant à haute densité énergétique, mais également en tant qu'intermédiaire important pour synthétiser des médicaments et des parfums. Par conséquent, il est nécessaire de développer des catalyseurs de métaux non précieux efficaces capables de transformer sélectivement l'HDO de la vanilline en MMP dans l'eau.

L'effet synergique des catalyseurs à base de nanoparticules alliées (NP) a été avantageusement utilisé pour améliorer considérablement les performances du catalyseur pour la valorisation de la biomasse et des dérivés de la biomasse en produits chimiques et carburants de grande valeur. Généralement, les métaux du groupe VIII (Ni, Ru, Rh, Pd, Pt) possèdent des activités catalytiques élevées pour l'hydrogénation des liaisons C=C insaturées et des liaisons C=O. Pour cette raison, les catalyseurs non précieux à base de Ni ont été largement utilisés pour catalyser les réactions HDO, mais présentant une sélectivité limitée envers les produits sans oxygène. Pour améliorer l'activité de désoxygénation et la sélectivité des catalyseurs à base de Ni, associer Ni avec d'autres métaux pour former des alliages NP est une stratégie efficace.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Huijun Zhao de l'Institute of Solid State Physics, HFIPS, CAS, La Chine rapporte la synthèse contrôlable de NP d'alliage Ni-Co bien définies confinées par des nanotubes de carbone dopés N (N-CNT) et leur application en tant que catalyseur HDO efficace pour transformer la vanilline, ses dérivés et autres aldéhydes aromatiques aux MMP et produits désoxygénés correspondants. Les résultats expérimentaux démontrent que le catalyseur NPs en alliage Ni-Co tel que synthétisé (NiCo@N-CNTs/CMF) peut complètement convertir la vanilline en MMP avec une sélectivité de 100 % dans des conditions de réaction douces, surpassant les catalyseurs HDO non précieux à haute performance rapportés. Impressionnant, le catalyseur présente d'excellentes performances catalytiques HDO vis-à-vis d'un large spectre de dérivés de vanilline et d'autres aldéhydes aromatiques avec une efficacité de conversion de 100 % et une sélectivité élevée (91,5% à 100%). Les calculs DFT et les résultats expérimentaux confirment que les performances catalytiques exceptionnelles de HDO obtenues sont dues à l'adsorption sélective et à l'activation fortement favorisées de C =O, et la désorption des espèces d'hydrogène activé par la synergie des NPs Ni-Co alliées. Les résultats de ce travail offrent une nouvelle stratégie pour concevoir et développer des catalyseurs efficaces à base de métaux de transition pour les réactions HDO dans l'eau.

Les résultats ont été publiés dans Journal chinois de catalyse .