《表3 WO3负载量对催化反应的影响》

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《WO_3/Nb_2O_5固体酸催化果糖制备5-羟甲基糠醛》

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注：反应条件为果糖1.2 g，催化剂用量100 mg，水20 m L，仲丁醇30 m L，反应温度170℃，搅拌转速800 r/min。下同。

在相同反应条件下，不同WO3负载量的固体酸催化果糖脱水转化HMF的结果列于表3。可以看出，Nb2O5本身具有很强的酸催化能力，反应1 h时HMF收率达47.1%，选择性高达92.7%；当负载5.0%的WO3时，其催化果糖脱水转化HMF的收率升至49.6%。研究表明，与L酸相比，B酸催化果糖脱水转化HMF更有利[23]，但是L酸对催化果糖脱水也有一定的效果[24]；另外，与强酸相比，弱酸能更好地促进果糖选择性生成HMF。结合Py-IR表征结果可知，5.0%-WO3/Nb2O5催化剂在100℃下CB+CL的值比Nb2O5的相应值更高，表明其具有更多的弱酸性位点。因此，5%-WO3/Nb2O5催化剂中，强度较弱的L、B酸位中心的增加是导致HMF收率升高的主要因素。当负载12.5%的WO3时，催化剂的B酸和L酸的酸量再次增加，且中强酸位明显增多；强酸则倾向于诱导突出的副反应[25]，并且过量的酸性位点也会引起副反应增加，因此，导致目标产物HMF的选择性及收率分别降至69.4%、45.4%；但也不排除其比表面积过低，使得催化剂的有效酸性位减少，从而导致催化活性降低。25.0%-WO3/Nb2O5和37.5%-WO3/Nb2O5由于WO3负载量过多，导致活性物种分布不均匀，产生结晶WO3，使HMF的选择性及收率更低，表明结晶WO3并不利于HMF的生成。另外，反应达到最高收率的时间随负载量的增加而延长，表明过多的WO3阻碍了反应物与酸性位之间的传质，降低了材料的催化效率。