近日，廣州能源所生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化研究室在分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化方面取得新進展，發(fā)展了高濃度葡萄糖高效異構(gòu)化制備果糖的新催化體系。
果糖在自然界中的含量遠低于葡萄糖，然而作為食品甜味劑和生物精煉的核心成分其需求遠大于葡萄糖，可借助非均相催化的方式使廉價易得的葡萄糖異構(gòu)化為果糖。而葡萄糖異構(gòu)化是轉(zhuǎn)化的速率決定步驟，依賴于Beta分子篩活性金屬產(chǎn)生的Lewis酸，精準調(diào)控的金屬位點和分子篩結(jié)構(gòu)對于整個催化過程有著至關(guān)重要的影響。
該研究通過堿水熱方法將銦（In）摻入單晶 -純二氧化硅沸石分子篩中，形成邊界骨架In和In2O3納米顆粒，分別用作Lewis酸位點和堿位點，可有效中和分子篩中存在的Br？nsted酸，從而抑制其在果糖的積累、降解、使用過程中可能引發(fā)的副反應。該催化劑的兩類活性位點在甲醇中協(xié)同作用，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為甲基果糖，進而在少量水作用下獲得果糖。值得注意的是，該單晶催化劑中發(fā)生級聯(lián)反應，即路易斯堿位點催化葡萄糖的異構(gòu)化反應，路易斯酸位點催化果糖的糖苷化反應。該反應體系中，基于33wt%的葡萄糖工業(yè)生產(chǎn)濃度，果糖產(chǎn)率達54.9%，選擇性為89.1%，糖回收率達93.3%，有助于推進化學催化葡萄糖異構(gòu)化的工業(yè)實踐。
相關(guān)研究成果以Acid-Base Cascades in Zeotype Single Crystal for Sugar Conversion為題發(fā)表于《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）。該論文的第一作者是生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化研究室博士研究生孫朋垚、王海永副研究員等，通訊作者為王晨光研究員。該研究獲得國家自然科學基金項目、廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃以及中國科學院青年創(chuàng)新促進會項目資助。
近年來，該研究團隊在相關(guān)領(lǐng)域取得系列進展（Appl. Catal., A，2023；Mol. Catal.，2023；Angew. Chem., Int. Ed.，2023；Angew. Chem., Int. Ed.，2024），為生物質(zhì)高值化利用開辟了新的途徑。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202318750
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