生物质资源在能源和化学品方面所具有的替代传统石油基产品的自然禀赋，已逐渐受到越来越多的关注。在生物质化学品方面，催化技术扮演着至关重要的角色。通过催化转化所产生的平台化合物作为桥梁，连接了天然生物质和下游化学品，是生物质发展链条中不可或缺的关键环节。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所非金属催化团队一直聚焦呋喃类生物质高效转化的催化技术研究与应用，在5-羟甲基糠醛（HMF）催化合成、氧化、加氢、醚化、胺化等领域发表论文50余篇、申请发明专利90余项（授权30余件、转移转化19件）和软件著作权5件，通过2项科技成果鉴定/评价，孵化国家高新技术企业1家。

近期，团队在HMF及衍生物氧化和加氢方面取得系列新进展。在HMF氧化合成2,5-呋喃二甲酸（FDCA）方面，通过 “络合-碳化-酸洗”方法制备了掺氮碳双功能催化剂，在65 ℃、0.2 MPa氧气条件下反应16小时后可得到100%的HMF转化率和94.4%的FDCA收率，将反应温度降到室温、施加电流取代氧气，电解16小时可达到100%的HMF转化率和73.1%的FDCA收率，电催化与热催化相比具有更低的反应活化能和更高的能量利用效率（Catal. Today 2024, 440, 114847）。进一步，采用氮掺杂碳包覆钴（Co@NC）纳米线对比了2,5-呋喃二甲醇（BHMF）氧化反应的热催化和电催化路线，发现电催化可以有效加快速控步骤即HMFCA的氧化，使目标产物FDCA的收率提升至93.3%（ChemSusChem 2024, e202401422）。采用二氧化钛为载体负载金纳米颗粒（Au/TiO₂），发现在催化剂制备过程中TiO₂被高温氢气部分还原并包覆Au颗粒，形成高活性界面位点（Au-TiO_2-x），产生金属-载体强相互作用（SMSI）。通过量化界面位点比例及归一化本征活性，揭示界面位点对BHMF氧化为FDCA的关键作用，为醇类氧化反应机制解析及催化剂优化提供理论支持（ACS Catal. 2025, 15, 54-62）。此外，通过海水腐蚀工程在泡沫镍表面生长NiCo水滑石用于电催化氧化HMF，发现腐蚀制备的电极具有优异的催化性能及稳定性，FDCA收率和法拉第效率分别可达97.4%和97.3%。通过阐述能带和异质结结构解析了HMF电氧化的电子传输路径，为理解电催化机理提供了新的视角（Chem. Eng. J. 2024, 502, 158105）。

在HMF加氢方面，通过在氧化铝载体上调控钯-氧化镁强相互作用程度，可有效地选择性加氢HMF为5-羟甲基四氢糠醛（5-HMTHFF）或完全加氢为2,5-双（羟甲基）四氢呋喃（BHMTHF）（Appl. Catal. B 2025, 361, 124578）。此外，通过在氧化铈上构建单原子层厚度的板状铜团簇以及痕量的钯单原子位点的双金属活性中心，所制备的Cu₁₀₀Pd₁/CeO₂^-FA催化剂在HMF醛基选择性加氢反应中表现优异，超越传统催化剂和部分贵金属催化剂（Appl. Catal. B 2025, 361, 124563），所制备的锰氧化物八面体分子筛（OMS-2）上负载的铂催化剂在水相中对HMF的醛基加氢表现出高选择性（Fuel, 2024, 372, 132147）。

上述工作得到了国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点支持项目（U23A20125）和面上项目（22072170）、宁波市2025科技重大专项（2019B10096）、宁波市自然科学基金（2023J359、2023J335）等项目的资助。

HMF催化氧化和选择性加氢体系构筑

（高分子与复合材料实验室 谌春林）