果糖直接转化制呋喃衍生物酸修饰催化剂的研究

利用催化技术，将可再生的生物质资源转化为液体燃料，是目前最具竞争力的非石油路线之一，已成为科学研究的前沿领域。本项目拟构建新型加氢脱水双功能催化剂，通过对果糖分子中C-OH键的选择活化脱除、C=C和C=O键的选择加氢，实现水相高选择性制备5-羟甲基糠醛并原位加氢转化为呋喃衍生物。本项目拟采用多元醇还原和反相微乳技术，实现双功能核壳催化剂的尺寸、形貌、结构和组成的可控制备，采用超高分辫分析电镜显微学技术和X-射线光电子能谱等表征和检测手段，探索催化剂结构和水相催化加氢脱水的性能之间的规律，通过原位红外、核磁等检测手段对反应机理进行研究。为发展核壳纳米材料的可控制备和水相生物质多羟基化合物催化加氢转化，提供科学依据和创新方法，具有重要的科学研究意义和应用前景。

经过三年研究探索，本项目按照原计划执行，并完成对该项目的研究。在生物质基呋喃化合物的制备上，进行了催化新体系建立、催化脱水加氢规律探索、催化加氢过程与机理研究，开发了多个高活性、高选择性催化剂，为绿色的“非石油”化学品生产新路线开发提供依据，具有高效环保的优势和重要应用前景。根据果糖和2,5-二羟甲基四氢呋喃的结构特征，设计合成两种催化剂，实现高活性加氢和果糖直接催化转化；重点对纳米钌催化剂的粒径、形貌、价态、及载体亲疏水性质考察。通过对催化剂载体进行疏水性修饰，通过调节疏水性能，改变加氢催化剂在水油两相中的分布，最后将具有加氢功能的催化剂全部置于油相中。果糖在水相酸催化剂作用下，先脱水生成5-羟甲基糠醛，之后5-羟甲基糠醛进入油相加氢生成2,5-二羟甲基呋喃。还利用载体中杂原子对钌的锚定修饰作用，制备出钌原子簇，具有非常高的5-羟甲基糠醛加氢活性。最后，建立果糖直接脱水加氢的催化新体系，为开发高效多羟基化合物催化加氢新体系提供重要的科学依据。在本项目资助下，完成研究论文7篇，均为SCI收录论文，其中影响因子大于5.0的4篇；申请发明专利7件；参加学术会议交流研究论文1篇，相关研究论文获2014年大连市自然科学优秀学术论文二等奖；在项目实施期间，培养博士研究生4名，其中1名已经毕业。参加国内、国际学术会议3次，其中2次做分会口头报告，1次做分会主持人。