本网讯（通讯员 陈炳霖）近日，我校机电工程学院“农林废弃物资源化装备与储能”研究团队在爱思唯尔化工领域著名期刊Chemical Engineering Journal在线发表了题为“Theoretical and experimental study of 5-ethoxymethylfurfural and ethyl levulinate production from cellulose”的最新研究论文。该研究通过实验和理论模拟相结合的方式，探索了生物质制备液体燃料5-乙氧基甲基糠醛（EMF）和乙酰丙酸乙酯（EL）的工艺条件及醇解机制。
催化生物质制备液体燃料EMF和EL对于缓解能源危机和减少环境污染意义重大。纤维素作为生物质的重要组成部分，直接用于制备EMF和EL普遍存在产率低、选择性差和反应时间长等痛点，合理地设计催化体系和溶剂体系可有效提高目标产物得率和反应过程经济性。
鉴于此，该研究报道了在乙醇/水体系中，使用廉价易得的氯化铝和硫酸分别作为Lewis和Brønsted酸催化剂，催化纤维素高效转化为EMF和EL。结果表明，当Lewis/Brønsted酸和乙醇/水比例分别达到1/2和7/3时，EMF和EL的转化率和选择性最高，总产率达64.3%。该研究重点讨论了Lewis酸和水的反应机理及协同作用。通过实验与理论计算模拟相结合，阐明了催化剂和溶剂在体系中的分布，且进一步计算了Lewis酸和水分别加入时，反应关键过渡态的能垒。该研究发现，加入Lewis酸和水均可大幅降低过渡态的吉布斯自由能垒与HOMO-LUMO能隙，故反应活性提高。该研究探讨了酸位点和溶剂效应对纤维素转化的影响，可为催化剂设计和生物质资源利用提供有效策略。
图1 纤维素醇解制备液体燃料
图2 (a-b) 在乙醇溶剂中使用Brønsted酸催化纤维素转化的RDF和SDF。（c-d）在乙醇溶剂中使用Brønsted和Lewis酸催化纤维素转化的RDF和SDF。（e-f）在乙醇/水溶剂中使用Brønsted和Lewis酸催化纤维素转化的RDF和SDF。
图3. 纤维二糖水解为葡萄糖的反应路径及吉布斯自由能垒
图4. 不同体系中TS的HOMO-LUMO能隙
我校机电工程学院2021级硕士生赵浩然为该论文第一作者，机电工程学院“农林废弃物资源化装备与储能”研究团队徐桂转教授为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金（U1904122，22178328）和河南省科技攻关项目（232102240028）等资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.148093
