研究人员以纯硅ITQ-2分子筛为载体，通过氨基功能化修饰后负载钯制备得到Pd-NITQ-2催化剂，实现了5-羟甲基糠醛（HMF）呋喃环的高选择性加氢。该催化剂表面形成了高分散的纳米级钯颗粒，在室温、10 bar氢气压力及乙醇溶剂条件下，5-羟甲基四氢糠醛（HMTHF）产率可达97%，选择性为99%。对比实验表明，未改性的Pd-ITQ-2催化剂活性仅为前者的1/17。CO红外滴定结果显示，Pd-ITQ-2中存在的亲氧性Pd物种（Pdδ+）导致H2活化能力降低，进而削弱了呋喃环加氢性能。研究人员进一步考察了钯负载量及溶剂效应，优化后的1% Pd-NITQ-2催化剂稳定性优异，连续套用7次后仍基本保持活性和选择性。此外，该催化剂可应用于三类两步级联反应，分别合成四氢呋喃取代的Knoevenagel加成物、N-取代四氢糠胺及四氢呋喃取代苯并咪唑衍生物。
该研究发表于《ACS Catalysis》，针对生物质平台分子5-羟甲基糠醛（HMF）高值化转化中的选择性控制难题展开。HMF含羰基（C=O）、羟基（C–OH）及呋喃环碳碳双键（C=C）等多重可还原基团，传统金属催化中羰基加氢占主导，生成2,5-双羟甲基呋喃（BHMF），而呋喃环加氢产物5-羟甲基四氢糠醛（HMTHF）因其在杀虫剂、抗菌剂、抗肿瘤药物及塑料助剂等领域的重要应用，其高效合成极具挑战。现有Pd基催化剂虽可利用金属与呋喃环的强相互作用促进C=C加氢，但普遍存在活性低、选择性不足的问题，亟需开发新型催化体系。
研究人员采用氨基改性纯硅ITQ-2分子筛负载钯的策略，通过调控载体表面性质优化Pd物种状态与分散度。关键技术方法包括：以3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）接枝实现ITQ-2表面氨基功能化；采用浸渍-硼氢化钠还原法制备不同Pd负载量的Pd-NITQ-2催化剂；利用高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）及X射线光电子能谱（XPS）表征催化剂结构与化学性质；通过原位红外技术研究HMF吸附与反应路径；结合动力学实验与循环稳定性测试评价催化性能；开发两步级联反应体系拓展产物范围。
研究结果如下：
催化活性部分显示，1% Pd-NITQ-2在四氢呋喃（THF）溶剂中优先生成HMTHF，最大产率达86%，副产物主要为全加氢产物2,5-双羟甲基四氢呋喃（BHMTHF）。对比商业Pd/C仅生成BHMF，证明氨基改性显著改变反应路径。Pd-ITQ-2虽选择性相近，但初始反应速率仅为Pd-NITQ-2的1/17。HRTEM证实氨基改性使Pd颗粒平均尺寸从5.1 nm降至2.0 nm，显著提升分散度。
机理研究通过原位红外与CO吸附表征揭示，Pd-ITQ-2中Pdδ+物种占比更高，削弱H2活化能力；而Pd-NITQ-2中Pd以金属态（Pd0）为主，(111)晶面比例更高，利于HMF弱吸附与呋喃环加氢。HMF的羟甲基可通过氢键与载体硅羟基作用增强吸附，同时氨基的电子效应降低Pd亲氧性，抑制羰基过度活化。
Pd负载量影响研究表明，1%负载量样品(111)晶面与缺陷位点比例最优，初始反应速率达0.50 mmol·h−1，优于0.5%和3%样品。溶剂筛选发现乙醇兼具高HMTHF选择性（99%）与适宜反应速率，水因传质限制活性较低，丙酮则促进副反应。
稳定性测试中，催化剂无Pd溶出，循环7次后活性仅轻微下降，热重分析（TGA）表明失活源于表面有机残留，Pd颗粒尺寸与晶型保持稳定。
级联反应部分验证了催化剂的多功能性：在HMTHF合成基础上，一锅法实现与丙二腈的Knoevenagel缩合（室温6小时产率93%）；与伯胺的还原胺化反应（60℃）高效合成N-取代四氢糠胺；与邻硝基苯胺或1,2-二硝基苯反应经硝基加氢-环化生成四氢呋喃取代苯并咪唑，后者在120℃下仍保持高选择性。
讨论与结论指出，氨基改性通过双重作用提升性能：一方面作为锚定位点稳定Pd纳米颗粒，抑制团聚与流失；另一方面调控Pd电子结构，减少亲氧性Pdδ+物种，增强H2活化能力与呋喃环加氢选择性。1% Pd-NITQ-2在乙醇溶剂中实现迄今最高HMTHF产率（97%），且具备优异稳定性与底物普适性，为生物质衍生呋喃化合物的精准转化提供了新策略。该研究不仅解决了HMF选择性加氢的关键科学问题，也为设计多功能级联反应催化剂提供了重要参考。
