■本报见习记者 程唯珈 记者 刘万生 通讯员 杨曼

以秸秆、一锅农作物壳皮茎秆、迷信树叶、家催林业边角余料以及城乡有机剩余等纤维为质料破费的出乙醇往纤维素乙醇，处置了生物燃料与食粮争地、事迷与人争食的信网下场，被称为第二代生物燃料。一锅别看它的迷信质料重价易患，其制备工艺可不重大。家催

克日，出乙醇往中国迷信院院士张涛以及中国迷信院大连化学物理钻研所钻研员王爱琴课题组基于多步串联反映策略，事迷睁开了一种新的信网化学催化措施，可将纤维素“一锅”高效转化为乙醇。一锅相关下场克日宣告于《焦耳》。迷信

生物燃料的家催“骄子”

作为做作界最丰硕的生物资资源，大批源头于农林销毁物的纤维素以及半纤维素用途普遍。其因不可食用的特色，在可再生碳资源中备受关注，成为迷信家制备生物燃料以及化学品的“骄子”。

由此制成的纤维素乙醇便是其中之一。“纤维素乙醇是一种紧张的生物燃料，将其与汽油凭证确定的比例混合，可组成新一代清洁环保车用燃油，能飞腾汽车尾气如一氧化碳、碳氢化合物等传染物的排放。”王爱琴见告《中国迷信报》。

纤维素因此葡萄糖为根基妄想单元、经由β-1,4糖苷键组成的高份子聚合物。由于纤维素份子间以及份子内存在大批的氢键，能组成一个做作的收集妄想呵护其外部的β-1,4糖苷键不受侵略。尽管具备做作抗逆性，但也极大拦阻了其生物转化。

王爱琴展现，传统上迷信家多用生物发酵的本领妨碍转化，但纤维素酶价钱高尚、简略中毒，以是商业化历程不断面临技术经济上的挑战。

在种种生物资转化道路中，化学催化转化具备功能高、与现有化工根基配置装备部署简略对于接的配合优势，颇受科研职员喜爱。

“在生物资催化转化的钻研中，其中一个主要钻研倾向便是抉择性断裂生物资大份子中的C-C键以及C-O键，从而患上到紧张的小份子化合物，搜罗醇、醛、酸等。这也是咱们组多年的钻研倾向。”王爱琴介绍，团队于2008岁独创了纤维素氢解制乙二醇的催化转化反映，发现了含W化合物在催化纤维素C-C键抉择性断裂反映中的配合熏染，并提出纤维素先氧化酯化、再加氢复原制备乙醇的二步法。

随后，团队又发现由氧化钨负载铂的金属—酸双功能催化剂可能实用抉择性氢解甘油中的C-O键，为新型催化剂的制备提供了实际根基。

那末，是否可能妄想这样一种多功能催化剂，让其耦合纤维素C-C键断裂到乙二醇与乙二醇C-O键断裂到乙醇的反映，从而“一锅”高效催化纤维素天生乙醇呢？迷信家期待着谜底。

乙醇转化“马力全开”

基于此想象，团队首先妄想制备了Pt/WOx金属—酸双功能催化剂，在反映釜中于250摄氏度、6MPa氢气的反映条件下，审核了该催化剂对于纤维素氢解反映的功能。

服从表明，该催化剂简直可能氢解纤维素天生乙醇，可是乙醇收率并不事实。

论文第一作者、中科院大连化物所博士杨曼见告《中国迷信报》，经由一再试验，试验职员发现过渡金属Mo的引入可能加足收率“马力”，同时催化剂的催化活性与Mo的负载量以及负载挨次有着亲密关连。

“惟独当Mo/Pt原子比为0.1时，且先载Pt后载Mo时，能耐取患上高的乙醇收率 （最优乙醇收率41.3 %）。而且，纤维素制乙醇的‘一锅’反映对于Mo/Pt原子比的依赖关连与乙二醇氢解制乙醇的纪律残缺不同，剖析后者是能源学决速步骤，且是妄想敏感反映。”她说。

为了探究构效关连，随后试验职员妨碍了XAFS、Raman等多种光谱表征，提出MoO5-Pt-WOx活性位妄想。

杨曼介绍，MoO5泛起配位不饱以及的单散漫方式，经由与纳米Pt概况的相互熏染，进而调变Pt-WOx的电子相互熏染，增长乙二醇氢解为乙醇的反映。而过多的Mo组成为了Mo-O-Mo物种拆穿困绕概况的Pt活性位，因此飞腾了反映活性。

尽管难题患上到了处置，但事实是甚么限度了乙醇的收率呢？为此，团队将目力转向原生生物资的催化转化反映。

试验发现，当以玉米秸秆、芒草以及桦木屑为质料时，在不同过错其妨碍任何预处置的情景下，取患上乙醇收率分说为25.2 %、26.3 % 以及29.0 %——剖析木质素的存在影响了纤维素的转化。而当用适量的预处置措施作废芒草中的大部份木质素后，乙醇收率可能抵达40%以上。

随后，试验职员对于催化剂的抗CO中毒功能以及循环晃动功能妨碍了钻研。“专神思的是，当运用含有0.5%CO的H2时，Mo/Pt/WOx催化剂展现出了优异的抗CO中毒功能，乙醇收率依然可能坚持在41%，这主要归因于Pt以及WOx之间较强的电子相互熏染抑制了CO的吸附。而在循环晃动性的测试中，由于Mo/Pt/WOx催化剂中WOx妄想的不晃动，导致了Pt的群集。”王爱琴说。

最终，试验职员接管了晃动性更好的Pt/WOx/Al2O3催化剂。经由搭配钨酸，该催化剂可能一再循环5次坚持乙醇收率巩固，具备高效且不断化破费等特色。

“催”破费业新未来

据清晰，妨碍2018年，我国燃料乙醇产能已经抵达290万吨。可是2018年我国汽油总破费量高达1.3亿吨，若全副按现行10%掺混尺度，生物燃料乙醇需要量将抵达1300万吨，供需缺口极大。

王爱琴展现，团队创制的新型催化剂，可同时催化断裂纤维素中的C-C键以及C-O键，从而可从纤维素直接氢解取患上乙醇，大猛后退了转化功能。同时，催化剂优异的抗CO中毒功能以及循环晃动性使其在未来的实际运用中具备较大的后劲。

可是，若想投入财富化运用还需打造“全链条”制备系统。“纤维素乙醇财富化是一个典型的零星工程，从质料群集到秸秆预处置，从催化剂的筛选到反映器妄想妄想，从纤维素/半纤维素的转化到秸秆全质化运用，从工艺道路妄想到工程化淘汰，波及泛滥的学科以及规模，需要零星的技术集成以及周全整合股源。”王爱琴说。

“咱们将在现有钻研根基上，进一步优化催化剂以及工艺条件，自动取患上具备适用价钱的高活性、高抉择性以及高晃动性催化剂。”她展现，团队正自动于与相关企业相助，将该技术推向市场运用。

相关论文信息：DOI:10.1016/j.joule.2019.05.020