近日，昆明理工大学化学工程学院生物质化工彭林才教授团队在生物质基葡萄糖直接催化转化选择性制备呋喃基生物燃料5-乙氧甲基糠醛方面取得重要研究进展，相关研究成果以“Hybrid zeolites in 1,4-dioxane-mediated co-solvent efficiently convert glucose to the biofuel 5-ethoxymethylfurfural”为题发表在环境与能源领域国际权威TOP学术期刊《Applied Catalysis B: Environment and Energy》上（IF=20.2）。昆明理工大学化学工程学院为论文唯一完成单位，学院博士研究生宋伟鹏为论文第一作者，彭林才教授为论文通讯作者。

5-乙氧甲基糠醛被视为是一种非常有潜力的可再生绿色新型高品质呋喃基生物燃料，其氧化稳定性好，能量密度高达30.3 MJ/L，接近标准汽油的能量密度（31.1 MJ/L）和明显高于生物乙醇的能量密度（23.5 MJ/L）。目前，高得率制备5-乙氧甲基糠醛的反应原料仅限于使用昂贵的5-羟甲基糠醛或果糖，直接利用廉价易得的生物质糖（如葡萄糖）转化制备5-乙氧甲基糠醛无疑是更具发展前景和应用优势的利用途径。然而，直接转化葡萄糖由于涉及异构化、脱水和醚化等系列串联催化反应过程，高得率制备5-乙氧甲基糠醛面临巨大挑战，目前大多研究仅可获得约40%的目标产物得率，而生成糖苷和腐殖质的副反应严重。

基于此背景，生物质化工团队利用接力催化和溶剂效应协同机制，创新开发了一种基于1,4-二氧六环共溶剂介导的多功能复合沸石分子筛催化反应体系，可使葡萄糖直接高效转化成5-乙氧甲基糠醛，产物得率突破60%，且反应后催化剂和溶剂易与产物分离并具优良的可回收重复使用性能。研究发现：Hβ和USY沸石分子筛的组合能理性调控催化剂的化学空间、酸性和酸位点，协同促进葡萄糖串联催化反应的有效接力进行，其中含强酸性和丰富L酸位点的Hβ沸石分子筛非常有利于中间产物葡萄糖苷脱水和5-羟甲基糠醛醚化反应步，而具大孔结构和丰富B酸位点的USY沸石分子筛可明显提升葡萄糖异构化和果糖脱水的反应效率。同时研究表明：1,4-二氧六环共溶剂的引入能显著降低目标产物5-乙氧甲基糠醛进一步遭受体系的亲核攻击，以免导致不良的副反应，从而达到有效稳定产物5-乙氧甲基糠醛的连续生成。该研究不仅创新发展了一种直接利用生物质葡萄糖制备生物燃料5-乙氧甲基糠醛的高潜力途径，而且深刻阐明了反应过程中多功能复合沸石分子筛的催化作用机制和1,4-二氧六环共溶剂的介导效应机理，可为生物质能源化高值高效利用提供基础理论支撑与技术参考。

上述研究工作得到了国家自然科学基金面上项目（22078139）和云南省杰出青年科学基金项目（202301AV070005）的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2024.124684