通過(guò)可利用的生物質(zhì)可持續(xù)地生產(chǎn)增值N-雜環(huán)可以減少對(duì)化石資源的依賴，并為經(jīng)濟(jì)和生態(tài)地改進(jìn)精細(xì)和散裝化學(xué)品的合成創(chuàng)造了可能性。

基于此，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所王愛琴研究員、華東理工大學(xué)段學(xué)志教授和萊布尼茨催化研究所Matthias Beller等人報(bào)道了一種新型的Ru₁Co_NP/HAP表面單原子合金（SSAA）催化劑，使生物基平臺(tái)化學(xué)糠醛轉(zhuǎn)化為N-雜環(huán)哌啶。在NH₃和H₂存在下，在溫和的條件下生成所需的產(chǎn)物，收率可達(dá)93%。

利用熱力學(xué)穩(wěn)定的Ru₁/Co(001)代表Ru₁Co_NP/HAP催化劑，通過(guò)DFT計(jì)算，作者研究了Ru₁Co_NP SSAA結(jié)構(gòu)對(duì)THFAM催化轉(zhuǎn)化為哌替啶的有利作用。優(yōu)化后的THFAM吸附構(gòu)型表明，THFAM在Ru₁/Co(001)表面被強(qiáng)吸附，氨基的N原子與Ru₁原子結(jié)合，四氫呋喃環(huán)與Co表面結(jié)合，吸附能為-5.70 eV。然后，在Ru₁/Co表面THFAM-NH₂基團(tuán)附近的C-O鍵以低能壘（0.26 eV）發(fā)生直接斷裂（A1 → A2）。

隨后的氫化過(guò)程能量遞減，直至形成5-氨基-1-戊醇（A2 → A3 → A4 → A5 → A6）。最后，5-氨基-1-戊醇脫水形成閉環(huán)，形成哌啶。在Ru₁Co₂₀/HAP催化劑的存在下，在N₂條件下進(jìn)行了5-氨基-1-戊醇的程序升溫解吸（TPD）。

本實(shí)驗(yàn)中，哌啶的檢測(cè)溫度為252 ℃，5-氨基-1-戊醇的解吸溫度為350 ℃。5-氨基-1-戊醇的脫水閉環(huán)是在其從催化劑表面解吸之前進(jìn)行的，證實(shí)了5-氨基-1-戊醇在Ru₁Co₂₀/HAP催化劑上快速轉(zhuǎn)化為哌替啶的速度。

Synthesis of piperidines and pyridine from furfural over a surface single-atom alloy Ru₁Co_NP catalyst. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-42043-6.