隨著全球“碳中和、碳達峰”目標的不斷推進，生物質(zhì)固碳在“雙碳”目標達成中的作用愈發(fā)重要。羥基脂肪酸酯是制備生物可降解聚酯材料的重要單體, 現(xiàn)有石化路線存在氧化反應步驟多、催化效率和選擇性低等問題。生物質(zhì)資源天然富氧（約占總質(zhì)量30%~50%），從高原子經(jīng)濟利用角度出發(fā)，在其特殊碳氧分子結構基礎上，發(fā)展簡便、高效、高選擇性的生物基羥基烷酸酯聚酯單體催化制備新技術，具有研究意義和潛在應用價值。
近日，中國科學院蘭州化學物理研究所研究員李福偉團隊從半纖維素下游產(chǎn)品糠醇出發(fā)，在前期羰基化增碳引入羰基官能團研究的基礎上（Nat. Commun., 2021, 12, 1875；Chin. J. Catal., 2020, 41, 1152；ACS Catal., 2018, 8, 10340），通過調(diào)變雙膦配體空間結構，高效、高選擇性地實現(xiàn)了均相催化切斷羥基C-O鍵，并插入所需羧酸酯官能團，催化轉化數(shù)（TON）高達104以上。
在呋喃環(huán)C-O鍵選擇性催化斷裂開環(huán)制備羥基化合物反應中，篩選出的8Ni/CeO2催化劑表現(xiàn)出優(yōu)于現(xiàn)有貴金屬催化劑的催化活性和選擇性。在固定床連續(xù)反應中，C2-O鍵選擇性達到97%以上，6-羥基己酸甲酯產(chǎn)物收率穩(wěn)定在90%左右，持續(xù)運行2400個小時，并最終實現(xiàn)從半纖維素出發(fā)，92%的羥基羧酸酯總質(zhì)量收率。結合原位光電子能譜（In-situ XPS）、近常壓光電子能譜（NAP-XPS）及同步輻射X射線吸收（XAS）光譜等表征手段，構效關系研究表明，金屬Ni0物種和界面Nin+-VO-Ce物種分別催化呋喃環(huán)C=C鍵加氫反應和C2-O鍵選擇性斷裂開環(huán)反應，原位紅外（in situ-FTIR）和第一性原理（DFT）計算結果進一步證實了該發(fā)現(xiàn)。
該研究基于生物基化學品不同C-O鍵的選擇性羰基化和氫解反應，發(fā)展了一條更簡便、綠色的制備羥基羧酸酯聚酯單體新方法，為進一步升級生物質(zhì)催化轉化提供了新思路。相關工作以Selective and Stable Upgrading of Biomass-Derived Furans into Plastic Monomers by Coupling Homogeneous and Heterogeneous Catalysis為題，發(fā)表在Chem上。
研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中科院 ”西部之光”交叉團隊和蘭州化物所“一三五”重點培育項目等的支持。部分催化劑表征得到中科院山西煤炭化學研究所、中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所和上海光源的支持與幫助。
