综述：木质纤维素催化转化为5-羟甲基糠醛的多相多孔固体催化剂研究进展：合成、催化性能与挑战

本综述系统评述了利用多孔固体催化剂（heterogeneous porous solid catalysts）将木质纤维素高效转化为5-羟甲基糠醛（5-HMF）的最新研究，重点分析了孔结构、比表面积、活性位点等对催化性能的影响，并探讨了其工业化应用的潜力与挑战。

　　

Abstract

面对化石资源枯竭与环境问题日益严峻，利用木质纤维素生物质开发高价值平台化学品已成为可持续替代方案。其中，5-羟甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF）作为一种多功能前体，在生物燃料、聚合物工程和药物合成等领域具有广泛应用前景。多相多孔固体催化剂因其高比表面积、优异稳定性及高产物选择性，在生物质转化中表现出显著催化性能。本综述全面分析了多相多孔固体催化剂在木质纤维素高效转化为5-HMF中的应用进展，系统梳理了多相催化转化策略与技术，重点探讨了孔结构（微孔、介孔、大孔和分级孔）、比表面积、载体性质、活性位点等因素对催化性能的影响机制，并评估了该类催化剂的重复使用性对工业化学过程废物减排、节能环保与可持续发展的贡献。最后，针对多孔固体催化剂在低成本合成与大规模工业绿色生产中的应用机遇与挑战提出了前瞻性建议。

催化剂的孔结构与性能关系

多孔结构是影响催化剂性能的核心因素之一。微孔（<2 nm）可提供高比表面积和大量活性位点，但可能限制反应物扩散；介孔（2–50 nm）有利于质量传递和较大分子反应；大孔（>50 nm）进一步促进传质，但比表面积较低；分级孔结构则能兼顾高比表面积与高效传质，显著提升5-HMF选择性与收率。

活性位点与载体设计

催化剂的活性位点（如Br?nsted酸、Lewis酸、碱性位点）及其分布对纤维素、半纤维素和木质素的转化路径具有关键调控作用。载体材料（如二氧化硅、碳材料、金属氧化物）的物理化学性质直接影响活性位点的稳定性与分散度，进而影响催化剂寿命与再生能力。

挑战与展望

尽管多相多孔固体催化剂在5-HMF合成中展现出巨大潜力，但仍面临若干挑战：原料复杂性导致催化剂易污染失活；大规模生产中成本控制与工艺集成问题；反应机理与结构-性能关系的深入解析仍需加强。未来研究应聚焦于设计高效、稳定、低成本的多功能催化剂，并推动从实验室向工业化应用的跨越。