近日，昆明理工大學化學工程學院生物質化工彭林才教授團隊在生物質基葡萄糖直接催化轉化選擇性制備呋喃基生物燃料5-乙氧甲基糠醛方面取得重要研究進展，相關研究成果以“Hybrid zeolites in 1,4-dioxane-mediated co-solvent efficiently convert glucose to the biofuel 5-ethoxymethylfurfural”為題發(fā)表在環(huán)境與能源領域國際權威TOP學術期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上（IF=20.2）。昆明理工大學化學工程學院為論文唯一完成單位，學院博士研究生宋偉鵬為論文第一作者，彭林才教授為論文通訊作者。

5-乙氧甲基糠醛被視為是一種非常有潛力的可再生綠色新型高品質呋喃基生物燃料，其氧化穩(wěn)定性好，能量密度高達30.3 MJ/L，接近標準汽油的能量密度（31.1 MJ/L）和明顯高于生物乙醇的能量密度（23.5 MJ/L）。目前，高得率制備5-乙氧甲基糠醛的反應原料僅限于使用昂貴的5-羥甲基糠醛或果糖，直接利用廉價易得的生物質糖（如葡萄糖）轉化制備5-乙氧甲基糠醛無疑是更具發(fā)展前景和應用優(yōu)勢的利用途徑。然而，直接轉化葡萄糖由于涉及異構化、脫水和醚化等系列串聯(lián)催化反應過程，高得率制備5-乙氧甲基糠醛面臨巨大挑戰(zhàn)，目前大多研究僅可獲得約40%的目標產(chǎn)物得率，而生成糖苷和腐殖質的副反應嚴重。

基于此背景，生物質化工團隊利用接力催化和溶劑效應協(xié)同機制，創(chuàng)新開發(fā)了一種基于1,4-二氧六環(huán)共溶劑介導的多功能復合沸石分子篩催化反應體系，可使葡萄糖直接高效轉化成5-乙氧甲基糠醛，產(chǎn)物得率突破60%，且反應后催化劑和溶劑易與產(chǎn)物分離并具優(yōu)良的可回收重復使用性能。研究發(fā)現(xiàn)：Hβ和USY沸石分子篩的組合能理性調控催化劑的化學空間、酸性和酸位點，協(xié)同促進葡萄糖串聯(lián)催化反應的有效接力進行，其中含強酸性和豐富L酸位點的Hβ沸石分子篩非常有利于中間產(chǎn)物葡萄糖苷脫水和5-羥甲基糠醛醚化反應步，而具大孔結構和豐富B酸位點的USY沸石分子篩可明顯提升葡萄糖異構化和果糖脫水的反應效率。同時研究表明：1,4-二氧六環(huán)共溶劑的引入能顯著降低目標產(chǎn)物5-乙氧甲基糠醛進一步遭受體系的親核攻擊，以免導致不良的副反應，從而達到有效穩(wěn)定產(chǎn)物5-乙氧甲基糠醛的連續(xù)生成。該研究不僅創(chuàng)新發(fā)展了一種直接利用生物質葡萄糖制備生物燃料5-乙氧甲基糠醛的高潛力途徑，而且深刻闡明了反應過程中多功能復合沸石分子篩的催化作用機制和1,4-二氧六環(huán)共溶劑的介導效應機理，可為生物質能源化高值高效利用提供基礎理論支撐與技術參考。

上述研究工作得到了國家自然科學基金面上項目（22078139）和云南省杰出青年科學基金項目（202301AV070005）的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124684