2025年12月12日，赵伟团队通过密度泛函理论计算与催化实验相结合的创新方法，系统揭示了铑（Rh）和钯（Pd）催化剂在生物质呋喃类化合物选择性氢化反应中的作用机制，为绿色化学领域的催化剂理性设计提供了关键理论支撑与实践指导。相关研究成果以“Mechanism Study for Metal-Catalyzed Hydrogenation of Biomass 5-Hydroxymethylfurfural and Furfural”为题，发表于《The Journal of Physical Chemistry C》。赵伟研究员为通讯作者，22级本科生胡敏为第一作者，深圳大学高等研究院为独立通讯单位。

生物质作为可再生、碳中性的资源，其转化利用是降低化石燃料依赖、缓解气候变化的重要途径。5 - 羟甲基糠醛（HMF）和糠醛（FF）作为生物质衍生的核心平台分子，可转化为 2,5 - 双羟甲基呋喃（BHMF）、四氢糠醇（THFA）等高价值产物，广泛应用于可再生燃料、生物可降解塑料和医药合成等领域。然而，这类化合物的选择性氢化反应路径复杂，如何精准调控反应方向、提高目标产物收率一直是行业难题。

赵伟团队针对这一挑战，选取具有代表性的贵金属 Rh 和 Pd 作为模型催化剂，深入探究了其对 HMF 和 FF 及其氢化衍生物的吸附偏好与反应路径差异。

图一：HMF选择性加氢生成BHMF和BHMTHF以及FF选择性加氢生成FA和THFA的途径

团队开展了系统的催化实验和原位红外反射吸收光谱测试。研究发现，两种催化剂因电子结构不同而展现出截然不同的催化选择性：Pd 催化剂在 HMF 和 FF 的侧链氢化反应中表现出优异活性，将 HMF 转化为 BHMF 的法拉第效率高达 65%；而 Rh 催化剂则更擅长催化 BHMF 和 FA 的环氢化反应，生成 BHMTHF 和 THFA 的法拉第效率分别达到 32% 和 35%，远超 Pd 催化剂的转化效率。该研究的创新之处在于将理论计算与实验验证深度融合，阐明了电子结构调控催化选择性的内在规律。这一成果突破了传统催化剂开发的盲目性，为设计针对特定生物质转化反应的高效催化剂提供了精准指导，有望推动生物质资源向高价值化学品转化的工业化进程，助力绿色化学产业的可持续发展。

该研究得到了广东省基础与应用基础研究基金，深圳大学高等研究院 2024 年基础学科顶尖人才数字化教学改革项目《计算化学课程数字化改革探索》等的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5c05856