一、选题背景和意义：
随着石油和煤炭中不可再生能源的不断消耗，当务之急是开发清洁和可再生燃料，以有效缓解能源危机，广泛应用于化工，制药，农业和其他几个行业。使用生物质作为可持续原料可以在短时间内解决这个问题。纤维素是地球上最广泛和最丰富的碳基质前体，可以转化为许多高附加值产品。其中之一是5-羟甲基糠醛（5-HMF），这是一种极为重要的平台化学品，已经进行了大量的研究，可以转化成各种化学物质，如乙酰丙酸（LA），2,5-二甲基呋喃（DMF），5-乙氧基甲基糠醛（EMF），2,5-二甲酰基呋喃（DFF）和2,5-呋喃二甲酸（FDCA）。具有很高的经济价值和宽阔的应用前景。
二、课题关键问题及难点：
纤维素由数千个通过beta;-1,4-糖苷键连接成巨链的葡萄糖分子组成，但纤维素难以水解为葡萄糖，因为纤维素由于强氢键相互作用而具有高结晶度。同时由于5-HMF的不稳定性，也导致了它的低收益率。据报道，纤维素通过三个步骤转化为5-HMF。首先，纤维素被水解成葡萄糖。然后，葡萄糖异构化为果糖。最后，果糖脱水形成5-HMF。产率低的原因主要有纤维素水解的困难、副反应多以及最终产物5-HMF的不稳定。
现阶段的催化剂对纤维素的活性较差，纤维素转化率过低，同时催化剂稳定性较差，不利于催化剂的重复使用。期望通过实验设计出一系列廉价、高效、稳定酸性双功能催化剂，可应用于5-HMF的工业化生产中。三、文献综述（或调研报告）：
纤维素和淀粉等碳水化合物是可再生且丰富的生物质资源，它们是重要的化学原料，可以帮助减轻环境问题[1-5]。5-羟甲基糠醛（5-HMF）是从碳水化合物衍生的己糖中获得的代表性中间体，用于生产生物燃料，呋喃基化学物质（包括2,5-二甲基呋喃和分级多孔碳）以及各种重要化学物质，例如1,6-己二醇，gamma;-戊内酯和乙酰丙酸[5-13]。通过5-HMF的氧化合成的2,5-呋喃二甲酸（FDCA）是对苯二甲酸的一种有前途的替代物，后者是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的一种单体[14-16]，由石油衍生而来。因此，5-HMF是一种有前途的，由生物质衍生的化学原料，可替代化石资源衍生的化学物质。
西村雄一等人发现在实际条件下，包括底物浓度高达73.2％的情况下，活性炭CA1和SA1000独特地催化果糖向5-HMF的转化，而不发生腐殖质与反应容器的粘附。催化活性不仅取决于弱酸性表面氧化基团的数量，还取决于果糖的吸附性能。腐殖质的特征表明它们是由5-HMF，糖和乙酰丙酸组成的聚合物，对腐殖质前体的选择性吸附可能避免了腐殖质与反应容器的粘附[17]。
厦门大学的王鑫和吕涛等人制备了有效的固体酸催化剂PWAl-200。用铝电极对PW进行电絮凝，并在200°C下进行水热处理12h。在电解中，水合铝与还原的杂多酸絮凝，并且絮凝物脱水形成L个酸位。在进一步的水热处理中，新的L酸位是由杂多酸和水合铝之间的相互作用得到的。产生的几种物质通过氢键连接形成非晶态。L酸位，催化葡萄糖异构化为果糖。H 提供的B酸位点有助于果糖脱水成 5-HMF[18]。所制备的催化剂PWAl-200对提高葡萄糖转化为HMF的反应具有合适的L和B酸协同作用并且催化剂可循环使用四次。
Esra Sezgin Merve Esen Kec等人在BMIMCl离子液体中煅烧的均相负载铬的沸石显示出比裸沸石更好的HMF产率，但由于BMIMCl中催化剂中的铬浸出，因此BMIMCl中催化剂的可重复使用性能下降。但在DMSO溶剂中再循环实验，催化剂效率没有降低。因此在DMSO溶剂中，易于分离且可重复使用的Cr-USY催化剂有望将葡萄糖转化为5-HMF[19]。
徐思泉等人使用CrPO4作为催化剂、果糖作为反应原料，在H2O/THF双相反应体系中，140℃、15 min的反应条件下获得了83%的5-HMF产率；使用葡萄糖为原料，在140℃、30 min的反应条件下，获得了63%的5-HMF产率。以FePO4作为催化剂、果糖作为反应原料，在H2O/THF双相反应体系中，140℃、15 min的反应条件下实现了71.5%的5-HMF产率；使用微晶纤维素作原料，在160℃、60 min的反应条件下获得了最高49%的5-HMF产率，且FePO4催化剂在经历5次连续循环使用后，仍保持了较高反应活性[20]。
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