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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

首頁 > 科研進展

廣州能源所在纖維素乙醇化學催化制備方面取得進展

2019-08-13 廣州能源研究所

【字體：大中小】

語音播報

　　近期，中國科學院廣州能源研究所研究員馬隆龍團隊成功研發(fā)了Ni@C催化劑，實現(xiàn)了纖維素—乙醇一步水相轉化，在纖維素乙醇化學催化制備領域取得了突破。

　　目前化石能源的大量消耗引發(fā)了嚴重的能源危機和日益嚴峻的環(huán)境問題，因此尋找用于替代化石能源的可再生和環(huán)境友好型資源的需求愈發(fā)迫切。木質纖維素類生物質作為重要的可再生資源，具有儲存量大、分布廣泛且易于獲得的優(yōu)勢，被認為是生產化學品和燃料的重要碳源。乙醇是一種優(yōu)質燃料添加劑和多種用途的大眾化學品，特別是作為燃料添加劑與汽油混配構成的新型替代能源具有節(jié)省石油資源、減少汽車尾氣污染等優(yōu)勢。但傳統(tǒng)的生物乙醇采用酶解-發(fā)酵法制備生產周期長、反應物酶價格昂貴、生產工藝易致毒，而且存在理論收率（67%）和極限濃度（10wt%-12wt%）等生產瓶頸，使其技術的經(jīng)濟性面臨嚴峻挑戰(zhàn)。相比之下，通過化學催化法將非食用的秸稈、樹葉、農林廢棄物和城鄉(xiāng)有機垃圾等纖維素高效轉化為纖維素乙醇的生產路線，具有過程簡單、效率高、與現(xiàn)有化工生產設施易對接等獨特優(yōu)勢，引起了科研人員的廣泛關注。

　　馬隆龍研究團隊成功研發(fā)了Ni@C催化劑，通過精確調控催化劑的結構，實現(xiàn)了纖維素—乙醇的一步水相轉化，收率高達69%，在高濃度纖維素反應條件下獲得乙醇的濃度高達8.9wt%，與酶解-發(fā)酵法的理論產率相當。研究發(fā)現(xiàn)，H₃PO₄與乙醇生成的中間產物葡萄糖形成的環(huán)狀二酯配合物可有效使后者活化，在表面帶有負電荷的Ni@C催化劑協(xié)同氫解作用下精準斷裂葡萄糖分子中的C-C和C-O鍵生成乙醇。該研究系首次在非貴金屬催化劑上實現(xiàn)纖維素—乙醇的一步轉化，為高效、低成本纖維素乙醇的工業(yè)化生產提供了新途徑。相關工作（Selective Cellulose Hydrogenolysis to Ethanol Using Ni@C Combined with Phosphoric Acid Catalysts，DOI: 10.1002/cssc.201901110）被選做前封面文章發(fā)表在ChemSusChem。

　　上述研究工作得到國家自然科學基金（51536009）、國家重點研發(fā)項目（2018YFB1501402，2017YFE0106600）和中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金（DNL180302）的支持。

反應機理

ChemSusChem 封面

　　近期，中國科學院廣州能源研究所研究員馬隆龍團隊成功研發(fā)了Ni@C催化劑，實現(xiàn)了纖維素—乙醇一步水相轉化，在纖維素乙醇化學催化制備領域取得了突破。
　　目前化石能源的大量消耗引發(fā)了嚴重的能源危機和日益嚴峻的環(huán)境問題，因此尋找用于替代化石能源的可再生和環(huán)境友好型資源的需求愈發(fā)迫切。木質纖維素類生物質作為重要的可再生資源，具有儲存量大、分布廣泛且易于獲得的優(yōu)勢，被認為是生產化學品和燃料的重要碳源。乙醇是一種優(yōu)質燃料添加劑和多種用途的大眾化學品，特別是作為燃料添加劑與汽油混配構成的新型替代能源具有節(jié)省石油資源、減少汽車尾氣污染等優(yōu)勢。但傳統(tǒng)的生物乙醇采用酶解-發(fā)酵法制備生產周期長、反應物酶價格昂貴、生產工藝易致毒，而且存在理論收率（67%）和極限濃度（10wt%-12wt%）等生產瓶頸，使其技術的經(jīng)濟性面臨嚴峻挑戰(zhàn)。相比之下，通過化學催化法將非食用的秸稈、樹葉、農林廢棄物和城鄉(xiāng)有機垃圾等纖維素高效轉化為纖維素乙醇的生產路線，具有過程簡單、效率高、與現(xiàn)有化工生產設施易對接等獨特優(yōu)勢，引起了科研人員的廣泛關注。
　　馬隆龍研究團隊成功研發(fā)了Ni@C催化劑，通過精確調控催化劑的結構，實現(xiàn)了纖維素—乙醇的一步水相轉化，收率高達69%，在高濃度纖維素反應條件下獲得乙醇的濃度高達8.9wt%，與酶解-發(fā)酵法的理論產率相當。研究發(fā)現(xiàn)，H3PO4與乙醇生成的中間產物葡萄糖形成的環(huán)狀二酯配合物可有效使后者活化，在表面帶有負電荷的Ni@C催化劑協(xié)同氫解作用下精準斷裂葡萄糖分子中的C-C和C-O鍵生成乙醇。該研究系首次在非貴金屬催化劑上實現(xiàn)纖維素—乙醇的一步轉化，為高效、低成本纖維素乙醇的工業(yè)化生產提供了新途徑。相關工作（Selective Cellulose Hydrogenolysis to Ethanol Using Ni@C Combined with Phosphoric Acid Catalysts，DOI: 10.1002/cssc.201901110）被選做前封面文章發(fā)表在ChemSusChem。
　　上述研究工作得到國家自然科學基金（51536009）、國家重點研發(fā)項目（2018YFB1501402，2017YFE0106600）和中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作基金（DNL180302）的支持。
　　
　　反應機理
　　
　　ChemSusChem 封面
　　

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