Revista de Ingeniería Química, 528 (2026) 172617.
DOI: 10.1016/j.jcej.2026.172617
La sencilla síntesis de sales fundidas de catalizadores Co@NC permite una conversión altamente eficiente de HMF a FDCA en condiciones suaves
La transición de productos químicos derivados del petróleo a alternativas sostenibles ha intensificado el interés en el ácido 2,5-furanodicarboxílico (FDCA), un monómero derivado de la biomasa para la producción de poliéster verde. Sin embargo, muchos catalizadores de metales no nobles para convertir 5-hidroxietilfurfural (HMF) en FDCA todavía requieren síntesis de varios pasos y/o condiciones de oxidación severas. Aquí, presentamos una estrategia sencilla de sales fundidas para preparar catalizadores de cobalto soportados en carbono porosos dopados con nitrógeno (Co@NCx). En aire ambiente a 90 °C en agua, el catalizador Co@NC-0.1 optimizado proporciona una conversión completa de HMF y un rendimiento de FDCA >99 %, con una productividad de ~1,17 mol FDCA molCo⁻¹ h⁻¹, y retiene un rendimiento del 96,5 % en una prueba inicial de ampliación de 400 veces. Los análisis mecanicistas y cinéticos respaldan una ruta secuencial de HMF → HMFA → FFCA → FDCA, siendo el paso de FFCA a FDCA el más exigente cinéticamente en las condiciones actuales. El análisis de actividad estructural, junto con experimentos dependientes de la atmósfera, indica que los sitios Co-Nx sirven como centros catalíticos primarios, mientras que los sitios superficiales adyacentes ricos en defectos (denotados como sitios de activación de O) promote activan el dioxígeno y facilitan la oxidación gradual. Los cálculos de la teoría funcional de la densidad muestran además que el FDCA se une más fuertemente a la superficie del catalizador que los intermedios, lo que puede dificultar la desorción del producto y contribuir a la pérdida de actividad observada durante el reciclaje.
EClassical Sistema de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) 3100, equipado con un detector UV y una columna cromatográfica C18. El sistema se usó con una fase móvil de H₂SO₄ 0,5 mM en metanol/agua (6:4, v/v) a un caudal de 0,5 ml min⁻¹, detección a 265 nm y un volumen de inyección de 20 µL.
El sistema EClassical 3100 HPLC se utilizó para analizar cuantitativamente los productos de reacción y determinar la conversión de HMF y el rendimiento de FDCA e intermedios (HMFCA, FFCA). Permitió el seguimiento de la distribución temporal del producto, la construcción de perfiles cinéticos y la evaluación del rendimiento del catalizador en diferentes condiciones y pruebas de reciclaje. Esta capacidad analítica fue esencial para establecer la ruta de reacción, determinar las energías de activación y confirmar la alta selectividad y rendimiento del sistema catalítico.
