开发有效的催化剂来分解和转化木质生物质，将是通过使用廉价、高度丰富和可再生的碳资源来实现可持续经济和环境全球目标的范式转变。然而，由于木质纤维素的复杂性，其开发极具挑战性，而且目前大多数生物质都被简单地当作废物处理。解决之道在于设计能有效控制底物活性和产物选择性的多功能催化剂。然而，由于缺乏对活性中心的确切作用和支撑催化活性的催化剂-底物化学的基本了解，多功能催化剂的发展比较缓慢。此外，仅靠活性中心往往不能提供所需的产物选择性，因此迫切需要充分了解活性中心的微环境。

近日，中科院化学研究所韩布兴院士，英国曼彻斯特大学杨四海教授综述了近年来在新兴多相催化剂上生物质转化反应机理研究上，利用同位素标记技术、核磁共振、SXPD、XAS、INS和DFT等方法研究的反应机理的研究进展，特别是生物质转化过程中底物和催化剂之间的结合作用。这些见解将为未来催化系统的设计以实现更高的活性和选择性提供指导。

文章要点

1）反应机理与包括：i）催化剂的结构、活性中心和载体；ii）底物的性质、化学键的性质和中间体；iii）反应条件，例如溶剂、压力、添加剂和温度等密切相关，作者对其进行了详细的总结。此外，总结的反应包括水解、脱水、异构化、羟醛缩合、逆羟醛缩合、氢化、氢解、HDO、氢化物转移、开环、脱羧、Diels–Alder环加成和氧化等。

2）作者总结了多孔固体催化剂用于生物质生产芳烃和低碳烯烃的反应机理。轻烯烃(乙烯、丙烯和丁烯)和芳烃(苯、甲苯和二甲苯)是最重要的两类大宗化学品，全球年产量分别约为4亿吨和1.6亿吨。它们是石化和聚合物(如纤维、橡胶和塑料)的基本组成部分。

3）作者总结了生物塑料合成的反应机理，如将生物质转化为生物塑料前体，如乳酸和2，5-呋喃二甲酸（FDCA）。

4）作者总结了燃料液体烷烃的合成机理，包括碳水化合物转化为2，5-二甲基呋喃（DMF）、木质纤维素直接转化为液态烷烃和串联生产长链烷烃三种策略。

5）作者最后总结了生物质转化中涉及C-O键和C-C键的反应。

这篇综述没有总结各种催化剂的催化性能，而是试图分析在选定的多相催化剂上反应的活性中心的性质和反应机理，以期为设计未来高效的生物质转化系统提供关键的见解。

参考文献

Longfei Lin, et al, Emerging heterogeneous catalysts for biomass conversion: studies of the reaction mechanism, Chem. Soc. Rev., 2021

DOI: 10.1039/d1cs00039j

https://doi.org/10.1039/d1cs00039j