成果概况：

聚焦于“生物质资源的温和、高效定向转化”，致力于实现木质纤维素类生物质的高选择性转化制备平台化合物（戊二酮、糠醛、5-羟甲基糠醛、丙烯酸及多醇等）和芳基化学品（酚、芳酮等）；构建“木质素流态化—碳金属协同催化降解”的反应体系，协同定向催化木质素制备单酚和芳酮。此外，以生物质资源为碳源，通过负载物调控制备高性能廉价金属碳基电极材料。 

关键技术：

1. 多级核壳水滑石基磁性催化剂的制备及催化液化农林废弃物的性能研究。采用共沉淀方法制备多级核壳结构水滑石基磁性纳米复合微球，通过对复合材料载体、活性粒子表面缺陷位及电子结构等精细结构的调控，合成制备高活性、高选择性、超顺磁性的催化剂，在较温和条件下，实现农林废弃物的定向催化液化，以制备高附加值化学品和碳基材料。
2. 生物质在咪唑基离子液体中的催化解聚。构建“木质素流态化——碳金属协同催化降解”的反应体系，系统性地研究了咪唑基离子液体-乙醇二元体系对木质素的溶解行为和体系构型变化，有效实现木质素原料流态化，增加木质素与碳基金属催化剂活性位点的有效接触；确定了咪唑基离子液体与碳基金属催化液化木质素的协同作用，提高木质素的解聚液化率和定向催化液化制备芳酮和苯酚。利用绿色廉价的离子液体-乙醇二元体系代替纯离子液体对纤维素进行预处理，可有效改变纤维素的晶体结构，降低纤维的热解温度；同时，纤维素热解行为和产物分布可通过二元体系中离子液体浓度进行有效调控。该二元体系黏度较纯离子液体明显降低，有利于预处理过程中与纤维素的充分接触，同时通过简单过滤即可重复利用该二元体系预处理纤维素，操作简单方便，有效降低工艺成本。
3. 生物质的定向转化制备高附加值化学品。纤维素的定向催化转化制备高附加值化学品：通过催化剂的设计调控纤维素、木糖、糠醛等的定向催化转化制备高附加值化学品。例如利用固载型双功能酸性离子液体催化木糖转化制备糠醛，转化率达到97.3%，糠醛产率达到67.5%。在水相体系中，以金属卟啉为催化剂进对糠醛进行有氧催化转化制备马来酸，以FeT(p-Cl)PPCl为催化剂时，马来酸产率可达到44%。
4. 生物质基电极材料的制备及性能研究。利用生物质基碳为载体，以离子液体辅助制备廉价金属负载的电极材料，用于电解水OER和HER研究，目前可将电解水OER起始过电位降低到0.65V，大大降低了电解水的能耗。

应用领域和市场前景：
基于全球现代生物质能源的技术路线及开发利用现状，构建出的现代生物质能源的技术体系：包括固、液、气体燃料制备技术和生物质发电与供热技术 4 个子类，包括 11 种面向现代生物质能源燃料产品和发电供热的技术，共 118 项主要技术方向/关键装备。
核心关键技术主要集中于生物质能提供电、热和燃料。在过去十年内，80%以上的生物质能产业化投资均在生物质气化发电和燃烧发电，但这种方式在“双碳”战略要求下并不利于能源结构的优化，无法凸显生物质独一无二的碳优势，用于提供人类生活所需的必需品和其它可再生能源能量储存的高效能材料。因此，本项目与目前生物质资源利用的主流核心技术相比，通过催化剂材料的设计与优化，实现了生物质资源的定向催化转化提供碳基化学品和碳材料，进而合成或制备高附加值聚合物、电催化碳材料、储能碳材料等，更有利于能源结构的优化和布局，有效利用生物质资源的突出优势。
针对目前生物质能定向转化的主要问题我们进行了以下改进措施：
（1）产物种类繁多，无法满足高值化工生产要求。 改进措施：通过催化剂结构的精细调控，协同溶剂系统的设计，选择性断裂和转化生物质结构中含氧桥键，实现了木质纤维素类生物质的定向催化转化制备获得高值产品。
（2）固体副产物开发应用欠缺，经济价值有待提高。 改进措施：本项目利用廉价的生物质基原料或转化残渣进一步热处理转化提供高附加值光电材料，实现生物质全组分高效综合利用
（3）溶剂和催化剂难以回收重复利用。 改进措施：利用磁性核壳结构高效回收催化剂，并通过载体的调节提高催化剂的稳定性和重复利用性能；并利用咪唑基离子液体-乙醇体系使生物质流态化，有效提高生物质与催化剂活性位点的接触，提高催化效率，同时利于催化剂的回收和溶剂的重复利用。