Efeitos da Superfície do Suporte de Carbono na Oxidação de 5-Hidroximetilfurfural Catalisada por Ouro

A oxidação de 5-hidroximetilfurfural em ácido 2,5-furandicarboxílico é uma transformação importante para a produção de polímeros à base biológica. Catalisadores de ouro suportados em carbono apresentam grande potencial para essa transformação. Aqui demonstramos que a atividade, seletividade e estabilidade das nanopartículas de ouro suportadas em carbono na oxidação de 5-hidroximetilfurfural dependem fortemente das propriedades da superfície do suporte de carbono. Nanopartículas de ouro suportadas em materiais de carbono básicos com baixa densidade de grupos funcionais demonstram maior atividade na oxidação de 5-hidroximetilfurfural (TOFAu até 1195 h-1), maior seletividade para o ácido 2,5-furandicarboxílico, e melhor estabilidade em comparação com nanopartículas de ouro suportadas em materiais de carbono com grupos funcionais ácidos. Grupos superficiais de suportes de carbono básicos que são carregados positivamente nas condições de reação resultam em uma maior adsorção e concentração local de íons hidroxila, que atuam como cocatalisadores para o ouro e aumentam a desidrogenação catalisada por ouro. Grupos superficiais carregados negativamente de carbonos ácidos repelem hidroxilas e os ânions monoácidos intermediários, o que leva a taxas de reação mais baixas e uma alta seletividade para o ácido 2,5-hidroximetilfurancarboxílico. Compreender o papel da carga da superfície do suporte e da concentração local de ânions hidroxila fornece uma base para o design racional da química da superfície do suporte de carbono ideal para catalisadores altamente ativos, seletivos e estáveis para a oxidação de 5-hidroximetilfurfural e reações relacionadas.