近日，化學(xué)工程學(xué)院生物質(zhì)化工團(tuán)隊(duì)關(guān)于半纖維素高效催化轉(zhuǎn)化選擇性制備平臺(tái)化學(xué)品糠醛的最新研究成果“Understanding Hβ zeolite in 1,4-dioxane efficiently converts hemicellulose-related sugars to furfural”在美國(guó)化學(xué)會(huì)催化領(lǐng)域旗艦期刊《ACS Catalysis》發(fā)表（中科院雙一區(qū)TOP期刊，影響因子13.7）。論文的第一作者為我院2021級(jí)博士研究生宋偉鵬，通訊作者為彭林才教授，通訊單位為昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院。

半纖維素是木質(zhì)纖維生物質(zhì)的三大關(guān)鍵組分之一，含量約占20～35%，對(duì)其進(jìn)行有效利用制備工業(yè)平臺(tái)化學(xué)品和液態(tài)燃料具有重要現(xiàn)實(shí)意義。其中，糠醛是以半纖維素為直接原料的重要呋喃基平臺(tái)化合物，通過它可以直接或間接合成千余種可替代化石基的化工產(chǎn)品，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于化工、燃料、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)是糠醛的生產(chǎn)大國(guó)，產(chǎn)能約占世界的80%，主要由農(nóng)業(yè)廢棄生物質(zhì)如玉米芯、甘蔗渣、棉籽殼以及農(nóng)副產(chǎn)品加工下腳料中的聚戊糖成分經(jīng)酸水解產(chǎn)生。目前工業(yè)生產(chǎn)糠醛仍以無機(jī)酸在水中高溫高壓條件下催化轉(zhuǎn)化生物質(zhì)制得，存在環(huán)境污染大、能耗高、產(chǎn)物收率低（約50%）且易自聚合等瓶頸問題亟待解決。

基于此背景，生物質(zhì)化工團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種利用工業(yè)級(jí)Hβ沸石在1,4-二氧六環(huán)有機(jī)溶劑中高效轉(zhuǎn)化半纖維素組分選擇性制備糠醛的新策略，在溫和條件下可實(shí)現(xiàn)86%的木聚糖和94%的木糖轉(zhuǎn)化成糠醛，反應(yīng)轉(zhuǎn)換頻率達(dá)54 h^–1，反應(yīng)活化能降低至39kJ/mol。反應(yīng)后，產(chǎn)物糠醛、Hβ沸石催化劑和1,4-二氧六環(huán)溶劑易實(shí)現(xiàn)分離純化，回收的催化劑和溶劑在多次重復(fù)使用中保持穩(wěn)定的反應(yīng)活性。基于系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)表征和DFT計(jì)算研究，深入揭示了Hβ沸石與1,4-二氧六環(huán)在糠醛高效制備過程中的協(xié)同作用和配位機(jī)制，闡明了1,4-二氧六環(huán)溶劑在反應(yīng)轉(zhuǎn)化中的多重作用機(jī)理。該研究成果實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)基半纖維素的清潔高效利用和過程效益的綜合提升，可為平臺(tái)化學(xué)品糠醛的工業(yè)制備提供新技術(shù)與理論支撐。

上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（21965018, 22078139）以及云南省高層次人才支持計(jì)劃青年拔尖人才項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c03227