碳链延长策略催化生物质升级转化为高值燃料和化学品

随着人们生活水平的日益提高，现代社会对能源和物质的需求也日益增加。在目前全球的能源结构中，石化能源（煤炭、石油和天然气）的消耗依然占据主导。而石化资源在地球上的储量有限，因此寻求可替代石化能源的可再生新能源变得迫在眉睫。在众多新能源中，生物质是地球上唯一可持续的有机碳资源，每年通过光合作用合成的生物质总量巨大，具有替代不可再生的石化能源的潜力，因而备受研究者的关注。

总体来说，将生物质原料（主要成分为纤维素、半纤维素和木质素）转化为液体燃料或者精细化学品的过程可以通过两个步骤来实现：首先将生物质原料转化为有机平台小分子，然后通过一系列化学反应催化转化为液体燃料或化学品。近年来，随着国内外课题组对生物质能关注度的提高，催化生物质资源转化为有机平台小分子的研究已取得了极大的进展。但是，经纤维素和半纤维素水解、脱水得到的有机小分子一般仅含有2-4个碳原子，经木质素降解得到的有机小分子也仅含有6-9个碳原子，若直接氢化脱氧只能制得短链的烷烃，很难达到与汽油（5-13个碳）或者柴油（10-25个碳）相当的燃料性能，因此往往需将有机小分子通过碳链延长反应制得分子量较大的中间体，然后再氢化脱氧转化为所需的高值液体燃料或化学品。

近日，贵州大学的杨松教授、印度创新与应用生物加工中心的Shunmugavel Saravanamurugan教授和西班牙科尔多瓦大学的Rafael Luque教授等人在ACS Catalysis 期刊上发表题为“Carbon-increasing catalytic strategies for upgrading biomass into energy-intensive fuels and chemicals”的综述论文。该论文对当前生物质基小分子通过碳链延长升级转化为高质燃料或化学品的现状进行了全面的分析总结，并对碳链延长转化路径或策略的潜在发展趋势进行了展望。

该综述首先以鸟瞰图归纳了当前由生物质资源衍生得到的有机平台小分子（图1），然后详细介绍了这些平台小分子经碳链延长反应制备高值液体燃料或化学品的转化类型、路径及催化机理。

图1. 生物质基有机平台小分子

作者在文章中总结归纳了以下几类碳链延长反应路径：羟醛缩合、氢化烷基化/烷基化、低聚化、酮基化、狄尔斯-阿尔德、酰基化等其他碳-碳键偶联反应。在此基础上，他们分别介绍了各类碳链延长反应的催化机理和反应路径，并详细评价了催化剂的物理化学性能、构-效关系等。同时，作者也对后续催化氢化脱氧反应体系和过程进行了相关评述。该论文得到国家自然科学基金、国家科技支撑计划等项目的支持。

图2. 生物质基平台小分子典型的碳链延长转化路径

该论文的第一作者为贵州大学的李虎博士。李虎于2015年12月在贵州大学获得博士学位，导师为杨松教授，2013年9月至2014年9月期间公派赴丹麦技术大学进行博士联合培养，并在日本东北大学开展博士后研究。该论文的共同通讯作者为贵州大学的杨松教授、印度创新与应用生物加工中心的Shunmugavel Saravanamurugan博士和西班牙科尔多瓦大学的Rafael Luque教授。杨松教授为教育部“长江学者”特聘教授，第二批国家“万人计划”入选者，近年来在合成生物活性功能分子与生物质基平台小分子方面取得了一系列的研究进展，并在Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Catal.、Green Chem.、ChemSusChem 等国际主流学术期刊上发表SCI论文200余篇。

该论文作者为：Hu Li, Anders Riisager, Shunmugavel Saravanamurugan, Ashok Pandey, Rajender S. Sangwan,Song Yang and Rafael Luque

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Carbon-Increasing Catalytic Strategies for Upgrading Biomass into Energy-Intensive Fuels and Chemicals

ACS Catal., 2018, 8, 148, DOI: 10.1021/acscatal.7b02577

导师介绍

杨松

http://www.x-mol.com/university/faculty/49543