科学家研发新型分子筛催化剂，将葡萄糖转为果糖，产率达到54.9%
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麻省理工科技评论-科学家研发新型分子筛催化剂，将葡萄糖转为果糖，产率达到54.9%
果糖，是需求量最大的单糖之一。其不但是一种食品甜味剂，更是生物精炼的核心成分。
自然界中的果糖含量，远远低于同为单糖的葡萄糖。所以，葡萄糖异构制备果糖，是一个打通生物精炼路线的重要反应。
近年来，中国科学院广州能源研究所研究员王晨光和团队主要关注于开发高效的非均相葡萄糖异构催化剂。
在近期一项工作中，他们构建了具备酸碱双活性位点的分子筛催化剂，使其在醇溶剂中催化异构化-糖苷化的级联反应，能在 33wt% 的高浓度之下，将葡萄糖转化为果糖，产率可以达到 54.9%。
未来，课题组希望本次成果能在生物质高值化利用中起到推动作用，比如用于高值的平台分子 5-羟甲基糠醛、可持续燃料的大规模工业化生产上。
据介绍，本次工作开始于五年之前。前期，他们主要摸索了催化剂的制备方法。
该课题组的孙朋垚博士耗费大量时间，进行各种分子筛的制备工作，借此合成了一系列的分子筛催化剂。
在此基础之上，他们开展了糖类的转化实验。一开始进行的是低浓度葡萄糖的异构化反应，但是不同催化剂的效果参差不齐。
而孙朋垚坚持下来，继续推进催化剂改进研究，最终筛选出了目前的催化剂体系。后又基于应用角度的考虑，逐步提高底物浓度进行研究，最终得到了目前的反应性能结果。
但是，为了确定铟在分子筛表面的分布情况以及作用机制，在中国科学技术大学林岳教授和浙江大学王亮研究员这两位老师的协助指导下，他们又开展了大量的形貌分析和反应优化设计，借此得到了终版结论。
总的来说，本次工作最主要的部分：在于对反应性能的认识以及高浓度反应的研究。
在低底物浓度之下他们找到了相应的催化剂。但是，当换一个视角看待这个研究，高底物浓度就需要被提上研究计划。
过程中充满了反复、怀疑、否定、鼓励、肯定，但当他们从多角度多维度看自己的工作，仍能找到很多需要改进和完善的地方。
最终，相关论文以《Zeotype 单晶中的酸碱级联用于糖转化》（Acid-Base Cascades in Zeotype Single Crystal for Sugar Conversion）为题发在 Angewandte Chemie[1]。
中国科学院广州能源研究所博士生孙朋垚是第一作者，中国科学院广州能源研究所副研究员王海永、以及中国科学技术大学王贺是共同一作，王晨光担任通讯作者。
下一步，他们希望通过改进催化剂的合成方法来降低催化剂的成本。也希望对溶剂体系加以优化，以期让反应过程更加绿色和成本更低。同时，还打算开展针对放大效应的研究，旨在推进本次技术的落地应用。
另据悉，该团队所在的中国科学院广州能源研究所，主要研究可再生能源与新能源。
该研究所聚焦于生物质高值化利用、可再生能源“+”、天然气水合物开发与利用等三大方向，主要面向数字能源理论方法和应用、新能源与可再生能源器件循环利用、二氧化碳捕集驱采水合物技术等新兴前沿方向开展研究。
参考资料：
1.Sun, P., Wang, H., Wang, H., Ling, W., Liu, Y., Zhou, W., ... & Wang, C. (2024). Acid‐Base Cascades in Zeotype Single Crystal for Sugar Conversion.Angewandte Chemie, e202318750.
排版：希幔
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