铈基材料应用拓展至复杂的生物质转化体系

近日，中科院大连化物所王峰研究员团队与北京大学马丁教授合作，在生物质催化转化领域取得重要进展。相关成果“Selective production of phase-separable product from a mixture of biomass-derived aqueous oxygenates”(生物质基含氧化合物水溶液选择性制备相分离产品)，发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。

生物质能源的开发和应用，因其可再生性和环保性一直以来都是研究热点之一。其中ABE发酵液以淀粉或纤维素为原料，经丙酮丁醇梭菌发酵得到，是燃料和化学品的重要来源。ABE发酵液一般浓度较低，目前其利用方式为通过浓缩、分离等提纯过程得到纯品丙酮、丁醇及乙醇产物，不可避免地带来高能耗等问题，限制其广泛应用。因此，ABE发酵液理想的利用方式是不经分离而直接转化制备燃料或化学品。然而，对于生物质的直接转化而言，实现同时兼具高转化效率和产物高选择性仍面临巨大挑战。

王峰科研团队采用锡掺杂的二氧化铈催化剂实现了ABE发酵液的直接催化转化，碳转化率可达到70%，主要产物为4-庚酮，其选择性高达86%。此外，在以往已报道的ABE发酵液转化的催化体系中，人们普遍认为水是催化剂的毒化剂，然而，在本工作的催化体系中，水却参与反应，促使目标产物4-庚酮的选择性生成。该过程以ABE水溶液为原料，而产品4-庚酮为油相，因此仅通过简单的倾倒和蒸馏即可获得95%纯度的4-庚酮。

本项研究将铈基材料应用拓展至复杂的生物质转化体系，耦合生物发酵与化学催化过程，实现单一化学品的高选择性制备，既具有科学研究意义，又具有潜在应用前景。

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