固體酸催化劑安全、綠色、腐蝕性小、易于回收，它逐漸取代傳統(tǒng)液體酸催化劑，在各類化工生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。固體酸催化也是酸催化領(lǐng)域的重要研究方向。但是傳統(tǒng)的固體酸催化劑酸密度低、穩(wěn)定性差、成本較高及催化性能不佳。近年來，以日本Hara研究團(tuán)隊(duì)研制出的磺化碳基材料為代表的新型固體酸催化劑，在親水性反應(yīng)展示出了良好的催化性能。但是該類材料在疏水性反應(yīng)中的性能不佳。適用于各種重要反應(yīng)的新型固體酸催化劑研發(fā)是研究和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的巨大挑戰(zhàn)和急迫需求。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏教授和梁海偉教授研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種簡單而有效的宏量制備方法，研制了基于價廉的細(xì)菌纖維素的新型納米纖維固體酸催化劑材料，并探究了此類納米纖維固體酸催化劑在幾種重要化學(xué)工業(yè)催化反應(yīng)中的應(yīng)用前景，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在4月16日的《Research》上。

生產(chǎn)1噸細(xì)菌纖維素，只需要不到2噸的葡萄糖，成本低廉并可大規(guī)模量產(chǎn)。通過不完全碳化和磺化，這種細(xì)菌納米纖維素即可制備新型固體酸催化劑。該制備工藝簡單、成本低廉，易于推廣使用。更為重要的是，制備的固體酸催化劑保留了天然細(xì)菌纖維的三維納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有較高的比表面積和大孔容。此外，高效的磺化工藝使該納米纖維具有豐富的Brnsted酸位點(diǎn)，包括高酸密度的硫酸基團(tuán)以及羥基和羧基基團(tuán)。

在一系列重要的酸催化反應(yīng)中，包括疏水性反應(yīng)、親水性反應(yīng)和酸強(qiáng)依賴性反應(yīng)，這種新型固體酸催化劑的催化性能均優(yōu)于目前通用的固體酸催化劑，甚至在某些情況下性能優(yōu)于經(jīng)典的液體酸催化劑硫酸。此外，該新型固體酸催化劑在其他重要反應(yīng)中也展現(xiàn)出卓越的性能，如β-烯酮/酯的合成和硝基苯還原等。

該項(xiàng)研究表明，今后有望利用廉價生物質(zhì)細(xì)菌纖維素來制備高效納米纖維固體酸催化劑。這種新型納米纖維固體酸催化劑因其制備工藝簡單、原料低廉易得，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，有望在化工領(lǐng)域推廣使用。此外，該方法體系可以拓展到價格更加低廉的木材基納米纖維來制備高效的新型固體酸催化劑，同時也可推廣到其他固體酸催化劑體系，如磷酸化固體酸催化劑等。因此，為進(jìn)一步開發(fā)基于納米結(jié)構(gòu)生物質(zhì)材料的綠色、可持續(xù)、高效的催化劑提供了新的思路。