淀粉水解加氢一步法制山梨醇复合催化剂的研究

The present proposal will focus on the study of scientific problems for the design and preparation of composite catalysts for the one-pot synthesis of sorbitol via the hydrolysis-hydrogenation of starch. The main study objects are: (1) Core-shell structured composite materials will be designed and prepared, which consist of a high-active metal-containing core coated with an acid-functional porous silica supported saccharifying enzyme shell. This project will get insight into the synthesis mechanism and prepare a series of core-shell structured composite metal-containing catalysts with improved activity and stability. The fundamental study is favorable to understanding the synthesis mechanism for such materials. (2) The correlation of the catalytic performances to the metal morphology, diameter and composition will be explored. By optimizing the preparation conditions, we will obtain a activity-matched saccharifying enzyme/metal composite catalyst. This will expand the application of such core-shell structured materials in the one-pot synthesis of sorbitol via the hydrolysis-hydrogenation of starch and give theoretical guidance to the design of novel catalysts with self-dominated intellectual property right.

本项目针对淀粉水解加氢一步法制山梨醇复合催化剂的设计与合成中的技术和若干科学问题开展研究工作。主要研究目标是：(1) 设计合成核壳型复合催化材料：内核为高活性金属催化剂，外壳为固载了糖化酶的酸功能化的多孔氧化硅。深入研究合成机理，获得一系列具有高活性、高稳定性的核壳结构含金属复合催化材料。通过这方面的基础研究，加深和拓展对核壳结构含金属复合材料制备方法的认识。(2) 探索金属形貌、尺寸、组成与催化性能之间的构效关系。通过优化制备参数，最终组装高度性能匹配的糖化酶/金属复合催化剂，发展其在淀粉水解加氢一步法制山梨醇中的应用，为设计具有独立知识产权的新型催化材料提供理论指导。

本项目针对淀粉水解加氢一步法制山梨醇复合催化剂的设计与合成中的技术和若干科学问题开展研究工作。主要完成以下研究目标：开发了两种包裹-刻蚀技术，并以此制备了两种具有蛋黄-蛋壳结构的催化材料。将上述具有蛋黄-蛋壳结构的金属催化材料与糖化酶混合使用，成功实现了一锅法糊精水解-加氢制山梨醇。进一步开发了一种分步交联的方法将蛋黄-蛋壳结构的化学催化剂和生物酶集成为一种新型的生物化学复合催化剂。该催化剂真正实现了生物酶和化学催化剂的组合，可以多次重复使用。研究结果为生物质的催化转化提供了高效方法，并为设计包含反应条件不匹配的串联反应提供了新思路。四年内发表有标注的SCI学术论文9篇。申请中国发明专利3件，授权中国发明专利6件。出版中文专著1部，为《Catalysis》系列丛书撰写1个章节。培养研究生9名。指导的研究生徐亮获得2015年上海市研究生优秀成果（学位论文）；指导的研究生魏巍在7th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7 KYOTO 2014)获得最佳墙报奖、上海市优秀毕业生。