Industri kimia terus mencari metode yang lebih berkelanjutan dan efisien untuk memproduksi senyawa berharga. Kemajuan signifikan di bidang ini adalah pengembangan katalis atom tunggal (SACs) untuk konversi molekul turunan biomassa. Artikel ini mendalami bagaimana SACs, terutama yang melibatkan penyangga oksida niobium seperti Pt1/Nb2O5-Ov, mencapai selektivitas yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam mengubah 5-(hidroksimetil)furfural (HMF) menjadi 5-metilfurfural (MF).

HMF adalah bahan kimia platform utama yang berasal dari biomassa lignoselulosa, mewakili landasan biorefinasi. Konversinya menjadi bahan kimia berharga lainnya merupakan fokus utama untuk kimia berkelanjutan. Secara tradisional, mencapai selektivitas tinggi dalam transformasi semacam itu, terutama dalam hidrogenasi HMF, telah menjadi tantangan. Reaktivitas inheren gugus fungsional HMF berarti bahwa reaksi samping atau hidrogenasi berlebih dapat menyebabkan campuran produk, mengurangi hasil senyawa yang diinginkan.

Terobosan yang disajikan di sini melibatkan desain strategis katalis atom tunggal. Katalis ini menampilkan atom logam individual yang terdispersi pada bahan pendukung, menawarkan sifat katalitik yang unik. Dalam penelitian ini, oksida niobium (Nb2O5) dengan cacat oksigen spesifik digunakan sebagai penyangga untuk atom platinum (Pt), paladium (Pd), dan emas (Au). Sinergi antara atom logam tunggal dan penyangga Nb2O5 yang cacat terbukti krusial. Melalui kombinasi studi eksperimental dan perhitungan teori fungsional kerapatan (DFT) tingkat lanjut, para peneliti mengelusidasi mekanisme di balik kinerja yang luar biasa.

Temuan menunjukkan bahwa atom Pt terutama bertanggung jawab untuk aktivasi hidrogen (H2), langkah penting dalam reaksi hidrogenasi. Secara bersamaan, situs niobium, terutama yang berdekatan dengan atom logam tunggal dan dipengaruhi oleh cacat oksigen, secara selektif mengaktifkan ikatan C-OH di HMF. Mekanisme aktivasi ganda ini mencegah hidrogenasi ikatan C=O, yang merupakan jalur umum yang mengarah pada produk samping yang tidak diinginkan. Akibatnya, konversi HMF menjadi MF berlangsung dengan selektivitas luar biasa melebihi 99%, bahkan ketika reaksi mencapai konversi lengkap dari bahan awal.

Selain itu, stabilitas dan kemampuan daur ulang SACs ini merupakan keuntungan yang patut diperhatikan. Katalis menunjukkan kinerja yang berkelanjutan selama beberapa siklus reaksi tanpa kehilangan aktivitas atau selektivitas yang signifikan, yang merupakan pertimbangan penting untuk aplikasi industri. Sifat yang kuat ini meminimalkan limbah dan mengurangi biaya produksi secara keseluruhan.

Implikasi dari penelitian ini sangat luas. Kemampuan untuk memproduksi 5-metilfurfural secara efisien dan selektif dari sumber biomassa terbarukan membuka jalan bagi penggunaannya yang lebih luas sebagai blok bangunan dalam sintesis farmasi, agrokimia, dan bahan kimia murni. Selain itu, MF dan turunannya sedang dieksplorasi untuk aplikasi dalam biofuel canggih dan aditif bahan bakar, berkontribusi pada lanskap energi yang lebih berkelanjutan. Sebagai produsen terkemuka dan pemasok utama solusi katalitik inovatif di Tiongkok, NINGBO INNO PHARMCHEM CO.,LTD. berada di garis depan dalam pengembangan dan penyediaan solusi katalitik inovatif tersebut untuk industri kimia.