近日，中國科學院大連化學物理研究所生物能源研究部研究員王峰團隊與北京大學教授馬丁合作發展并報道了生物質發酵液轉化的新策略，實現了ABE溶液（丙酮-丁醇-乙醇-水）的高效率、高選擇性制備化學品4-庚酮。相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。
因其可再生性和環保性，生物質能源的開發和應用一直以來都是研究熱點之一。其中ABE發酵液以淀粉或纖維素為原料，經丙酮丁醇梭菌發酵得到，是燃料和化學品的重要來源。目前，ABE發酵液一般濃度較低，濃縮過程不可避免的帶來高能耗等問題，限制其廣泛應用。因此，ABE溶液理想的利用方式是不經濃縮而直接轉化制備燃料或化學品。然而，對于生物質的直接轉化而言，實現同時兼具高轉化效率和產物高選擇性仍面臨巨大挑戰。
近日，王峰團隊采用錫摻雜的二氧化鈰催化劑實現了ABE水溶液的直接催化轉化，碳轉化率可達到70%，主要產物為4-庚酮，其選擇性高達86%。此外，在以往已報道的ABE轉化的催化體系中，人們普遍認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，促使目標產物4-庚酮的選擇性生成。該過程以ABE水溶液為原料，而產品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的研究（J. Am. Chem. Soc. 2018， Angew. Chem. Int. Ed. 2018， ACS Catal. 2018， ACS Catal. 2016， J. Am. Chem. Soc. 2013），該工作將鈰基材料應用拓展至復雜的生物質轉化體系，耦合生物發酵與化學催化過程，實現單一化學品的高選擇性制備，既具有科學研究意義，又具有潛在應用前景。
該工作與馬丁合作完成。該研究得到中科院戰略性先導科技專項、國家重點研發計劃以及國家自然科學基金的資助。此外，該文也是獻禮大連化物所七十周年所慶文章之一
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