生物质是自然界唯一的可再生有机碳资源，经催化转化可制备重要的含氧有机小分子化合物，以部分替代和补充传统的化石资源路线，减少二氧化碳排放。在各种生物质转化路线中，化学催化转化具有效率高、与现有化工基础设施容易对接的独特优势。但传统催化转化技术主要针对的是碳氢化合物，难以直接用于分子中C-O键为主的生物质高效转化。必须发展创新的催化转化策略，实现对生物质基本结构单元中主要化学键的定向剪切和转化，获取部分碳氢氧结构基团，制备高附加值含氧小分子化合物。本项目研究从木质纤维素类生物质催化转化制备重要小分子含氧化合物，包括作为汽油添加剂的醇类化合物，作为重要聚合物单体使用的二元醇（乙二醇、丙二醇、丁二醇等）、有机酸（对苯二甲酸、己二酸、乳酸等）和重要的酚类化合物等，发展高效、原子经济性和绿色的合成方法，满足可持续发展需求。
一、科学目标
针对非食用木质纤维素类生物质转化过程中存在的关键科学问题，创制高选择性催化剂，发展原位动态表征方法，揭示其C-C键和C-O键选择性活化的规律，创造新的生物质转化途径，建立生物质转化气-浆-固多相反应器理论模型和研究方法，实现生物质结构单元定向剪切制备重要小分子含氧化学品。
二、研究内容
（一）纤维素/半纤维素定向催化转化制备重要一元醇和二元醇。
创新催化剂设计和发展新反应历程，从原子/分子层次构筑多功能精确匹配的新型催化材料，设计兼具高效水解纤维素/半纤维素的酸性中心和选择性切断C-C键的双功能催化剂以及选择性切断C-O键的多功能催化剂；发展木质纤维素转化的绿色催化反应和过程，制备重要的一元醇（乙醇、丁醇等）和二元醇（乙二醇、丙二醇等）。
（二）纤维素/半纤维素定向催化转化制备重要羟基酸和二元酸。
通过设计具有糖苷键水解功能、单糖异构化功能、经由反羟醛缩合的C-C键断裂功能、卤素辅助的C-OH键催化断裂功能的双功能或多功能催化剂体系，深入研究反应机理，建立生物质制高值有机酸的催化基础。实现以纤维素为原料制备乳酸、己二酸、乙醇酸等和以木质素为原料制备对苯二甲酸及其衍生物等。
（三）木质素的绿色催化解聚制备苯酚等重要酚类化合物。
研究高性能的催化材料和与之匹配的溶剂体系；研究催化剂的尺寸形貌、活性中心与载体之间的电荷传递规律，达到催化反应选择断裂链接木质素单体之间的C-O键或/和C-C键，保留苯环结构，制备酚类化合物。
（四）面向木质纤维素高选择性转化催化反应机理和过程强化的研究。
借助反应动力学和现代原位谱学表征方法，开展反应机理和催化剂构效关系方面的研究；通过气-浆-固多相体系中气泡的运动行为以及气液与液固传递关系，建立基于生物质转化的流体流动与传递和反应耦合理论，为木质纤维素的高效转化和反应器设计利用提供理论基础。
三、申请注意事项
（一）申请书的附注说明选择“生物质催化定向转化制备重要含氧小分子化合物”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。
（二）申请人申请的直接费用预算不得超过1700万元/项（含1700万元/项）。
（三）本项目由化学科学部负责受理。