研究背景

随着化工行业的持续发展，绿色低碳化学理念日益受到重视，开发能够在温和条件下实现高效催化氧化的环境友好型催化体系，已成为当前催化领域的重要研究方向。然而，在温和条件下实现饱和C—H键的需氧氧化，至今仍是化学合成领域公认的难题之一。其中，环己烷选择性氧化制备KA（环己醇和环己醇的混合物）油及己二酸，因产物在尼龙和聚氨酯产业中的关键地位而备受关注，具有突出的研究价值。目前，己二酸的工业生产仍以硝酸氧化法为主，然而该工艺固有的高能耗、苛刻反应条件及严重的N₂O排放问题，使其难以适应当前绿色低碳化学的发展要求，亟需开发更为清洁的替代路线。

工作简介

为应对上述挑战，本研究以生物质废料木屑为原料，制备了碳负载型铜基复合催化剂，用于环己烷一锅氧化高效制备己二酸。在热解过程中，木屑兼具碳前驱体与原位还原剂的双重功能，可将Cu²⁺还原为Cu/Cu₂O活性物种，形成Cu/Cu₂O@C复合催化剂。同时，生物质炭材料因富含结构缺陷，能够与铜物种形成强配位作用，有效调控活性位点的电子状态，从而提升催化性能。机理研究表明，碳载体与铜物种间的电子相互作用可增强环己酮的吸附，这是促进己二酸选择性生成的关键因素。本工作以廉价生物质废料构建非贵金属碳基催化体系，为绿色、低成本、高效催化新材料的设计提供了新的思路和实验基础。

核心图文解析

图1.催化剂制备流程图：粉碎木屑-Cu超声浸渍-碳化还原-洗涤干燥研细-样品粉末；材料微观结构分析：SEM和TEM表明木屑的丰富空隙结构，Cu复合纳米颗粒为Cu/Cu₂O。

图2. 材料微观结构分析：XRD佐证Cu/Cu₂O存在，RAMAN和BET结果证实样品的孔隙和比表面积情况，在Cu/Cu₂O@C-0.1造成更多的缺陷获得更多的比表面积和孔隙。

图3. 表面化学与元素组成以及电子结构分析：XPS表明表面元素组成与价态和表面缺陷，EPR佐证表面缺陷Cu/Cu₂O@C-0.1表面缺陷更丰富。

图4. 催化性能分析：对催化剂量，H₂O₂用量，溶剂选择，温度比较进行调节获得最优反应条件，催化剂可实现 19.36% 的环己烷转化率与 73.28% 的己二酸选择性。

图5. 催化剂循环与稳定性分析：进行多次反应循环和循环后催化剂比较表明催化剂具有较强的循环稳定性。

图6. 机理研究与分析：环己烷氧化反应遵循自由基链式反应机理，羟基自由基（・OH）与烷基自由基（R・）均为不可或缺的活性物种。且生物质碳载体与铜物种之间的电子相互作用增强了环己酮的吸附，这对促进己二酸的选择性形成起到了关键作用。

结论

本研究开发了一种简便环保的策略制备生物质基碳负载铜催化剂，用于环己烷一步氧化制备己二酸。在炭化过程中，铜离子被还原为铜/氧化亚铜纳米颗粒；在碳基体本征缺陷的作用下，纳米颗粒均匀固载于碳载体表面，形成高分散且稳定的活性位点。经优化的 Cu/Cu₂O@C‑0.1 催化剂可实现 19.36% 的环己烷转化率与 73.28% 的己二酸选择性。优异的催化性能来源于 Cu/Cu₂O 结构及其与碳载体之间的电子相互作用。本研究证实炭生物质具备作为可持续催化剂载体的应用潜力，也为设计适用于工业场景的高效、可持续铜基氧化催化剂提供了思路。

文章信息

王盛，陈志佳，王笑，等. 木屑衍生的Cu/Cu₂O@C复合催化剂用于环己烷高效一锅法氧化制己二酸[J]. 新型炭材料（中英文）, 2026, 41(4): 1054-1068.

WANG S, CHEN Z J, WANG X, et al. A Cu/Cu₂O@C composite catalyst derived from wood-chips for the efficient one-pot oxidation of cyclohexane to adipic acid [J]. New Carbon Materials, 2026, 41(4): 1054-1068.

DOI: 10.1016/S1872-5805(26)61108-0.

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