近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物能源研究部研究員王峰團(tuán)隊與北京大學(xué)教授馬丁合作發(fā)展并報道了生物質(zhì)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化的新策略，實現(xiàn)了ABE溶液（丙酮-丁醇-乙醇-水）的高效率、高選擇性制備化學(xué)品4-庚酮。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。
因其可再生性和環(huán)保性，生物質(zhì)能源的開發(fā)和應(yīng)用一直以來都是研究熱點之一。其中ABE發(fā)酵液以淀粉或纖維素為原料，經(jīng)丙酮丁醇梭菌發(fā)酵得到，是燃料和化學(xué)品的重要來源。目前，ABE發(fā)酵液一般濃度較低，濃縮過程不可避免的帶來高能耗等問題，限制其廣泛應(yīng)用。因此，ABE溶液理想的利用方式是不經(jīng)濃縮而直接轉(zhuǎn)化制備燃料或化學(xué)品。然而，對于生物質(zhì)的直接轉(zhuǎn)化而言，實現(xiàn)同時兼具高轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)物高選擇性仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
大連化物所發(fā)展了生物質(zhì)發(fā)酵液轉(zhuǎn)化的新策略
近日，王峰科研團(tuán)隊采用錫摻雜的二氧化鈰催化劑實現(xiàn)了ABE水溶液的直接催化轉(zhuǎn)化，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)到70%，主要產(chǎn)物為4-庚酮，其選擇性高達(dá)86%。此外，在以往已報道的ABE轉(zhuǎn)化的催化體系中，人們普遍認(rèn)為水是催化劑的毒化劑，然而，在本工作的催化體系中，水卻參與反應(yīng)，促使目標(biāo)產(chǎn)物4-庚酮的選擇性生成。該過程以ABE水溶液為原料，而產(chǎn)品4-庚酮為油相，因此僅通過傾倒和簡單的蒸餾即可獲得95%純度的4-庚酮。
王峰長期致力于鈰基材料多功能酸堿催化性質(zhì)的研究（J. Am. Chem. Soc. 2018, Angew. Chem. Int. Ed. 2018, ACS Catal. 2018, ACS Catal. 2016, J. Am. Chem. Soc. 2013），本工作將鈰基材料應(yīng)用拓展至復(fù)雜的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化體系，耦合生物發(fā)酵與化學(xué)催化過程，實現(xiàn)單一化學(xué)品的高選擇性制備，既具有科學(xué)研究意義，又具有潛在應(yīng)用前景。
該工作與北京大學(xué)馬丁教授合作完成。該研究得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、國家重點研發(fā)計劃，以及國家自然科學(xué)基金的資助。此外，本文也是獻(xiàn)禮大連化物所七十周年所慶文章之一。
