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(lái)，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(guó)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(jiǎn)單而有效的宏量制備方法，研制了基于價(jià)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(guò)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(jiǎn)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(jià)生物質(zhì)細(xì)菌纖維素來(lái)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(jiǎn)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(jià)格更加低廉的木材基納米纖維來(lái)制備高效的新型固體酸催化劑，同時(shí)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。