中国科大研制出廉价绿色优质新型固体酸催化剂

固体酸催化剂安全、绿色、腐蚀性小、易于回收，它逐渐取代传统液体酸催化剂，在各类化工生产中发挥着重要作用。固体酸催化也是酸催化领域的重要研究方向。但是传统的固体酸催化剂酸密度低、稳定性差、成本较高及催化性能不佳。近年来，以日本Hara研究团队研制出的磺化碳基材料为代表的新型固体酸催化剂，在亲水性反应展示出了良好的催化性能。但是该类材料在疏水性反应中的性能不佳。适用于各种重要反应的新型固体酸催化剂研发是研究和产业领域的巨大挑战和急迫需求。

中国科学技术大学俞书宏教授和梁海伟教授研究团队开发出一种简单而有效的宏量制备方法，研制了基于价廉的细菌纤维素的新型纳米纤维固体酸催化剂材料，并探究了此类纳米纤维固体酸催化剂在几种重要化学工业催化反应中的应用前景，相关研究结果发表在4月16日的《Research》上。

生产1吨细菌纤维素，只需要不到2吨的葡萄糖，成本低廉并可大规模量产。通过不完全碳化和磺化，这种细菌纳米纤维素即可制备新型固体酸催化剂。该制备工艺简单、成本低廉，易于推广使用。更为重要的是，制备的固体酸催化剂保留了天然细菌纤维的三维纳米纤维网络结构，具有较高的比表面积和大孔容。此外，高效的磺化工艺使该纳米纤维具有丰富的Brnsted酸位点，包括高酸密度的硫酸基团以及羟基和羧基基团。

在一系列重要的酸催化反应中，包括疏水性反应、亲水性反应和酸强依赖性反应，这种新型固体酸催化剂的催化性能均优于目前通用的固体酸催化剂，甚至在某些情况下性能优于经典的液体酸催化剂硫酸。此外，该新型固体酸催化剂在其他重要反应中也展现出卓越的性能，如β-烯酮/酯的合成和硝基苯还原等。

该项研究表明，今后有望利用廉价生物质细菌纤维素来制备高效纳米纤维固体酸催化剂。这种新型纳米纤维固体酸催化剂因其制备工艺简单、原料低廉易得，可以实现规模化生产，有望在化工领域推广使用。此外，该方法体系可以拓展到价格更加低廉的木材基纳米纤维来制备高效的新型固体酸催化剂，同时也可推广到其他固体酸催化剂体系，如磷酸化固体酸催化剂等。因此，为进一步开发基于纳米结构生物质材料的绿色、可持续、高效的催化剂提供了新的思路。