鎂鋁氧化物催化生物質衍生物的羥醛縮合研究的開題報告一、研究背景與意義生物質是一種廣泛來源和豐富的可再生資源，其轉化為高附加值化學品深度處理是解決資源及環境問題的重要途徑。羥醛縮合是生物質轉化的重要途徑之一，其可以通過將糖類等生物質原料轉化為高附加值平臺化學品，如二羥基甲基丙酮、二甲基四氫呋喃、紅木素等。羥醛縮合反應通常需要在強堿、強酸等條件下進行，要求反應物含有較高的還原性，而這些條件會對生物質中的有機物和纖維素結構造成破壞。因此，研究無需使用極端條件下，獲取高選擇性、高活性、高穩定性催化劑的方法，以增加羥醛縮合反應的選擇性和降低溫度，成為當前的研究方向。二、研究內容及方法本研究將以鎂鋁氧化物（Mg-Al-O）為催化劑，實現生物質中羥醛化合物的羥醛縮合反應，以二羥基甲基丙酮的合成為反應的代表。通過粉末X射線衍射（PXRD）、N2吸附-脫附、掃描電子顯微鏡（SEM）等表征手段確定催化劑的表面與內部性質，探究催化劑的特殊化學結構對催化活性和選擇性的影響，在此基礎上優化反應條件，提高反應的選擇性。三、預期研究結果及貢獻預期通過本次研究，實現生物質中糖類化合物的高效轉化為高附加值平臺化學品的目標。同時，本研究將為生物質的價值轉化提供一種無需極端條件、高效催化的方法，為實現綠色化學及可持續發展做出突出貢獻。四、研究難點與挑戰1.確定Mg-Al-O催化劑表面與內部特殊化學結構的表征方法2.了解羥醛縮合反應機理及合成二羥基甲基丙酮的反應機制3.優化反應條件以提高反應的選擇性和降低反應溫度4.驗證催化劑的穩定性和催化效果的可重現性五、研究進度安排及時間表時間節點|研究內容-------|-------2021.9-10|查閱相關文獻，并了解實驗室已有的實驗數據和催化劑合成方法2021.11-12|合成優化Mg-Al-O催化劑，并進行表征2022.1-2|進行羥醛縮合反應，并對產物進行表征2022.3-5|優化反應條件，并探究反應機理2022.6-7|對各個實驗結果進行分析，并對之前實驗的再次重復實驗，獲得結果的可比性與可重復性。2022.8-9|完成論文寫作及答辯的準備六、參考文獻1.El-RifaiP.,ProuxO.,BoisL.,LoridantS.,GeantetC.,CapsV.(2020).EnhancedstabilityofhydratedmagnesiumoxalateasareferenceprecursorforMgOincomplexenvironments:OntheroleofphasetransitioninducedbyexcessAl3+.AppliedCatalysisB:Environmental,270,118858.2.ChenP.,LuC.,SunJ.,HuJ.,HuangJ.(2019).Anhydrousmagnesiumaluminatespinel(MgAl2O4)derivedfromindustrialwastesasanovelsolidbasecatalystfor2-butanonecondensation.JournalofCleanerProduction,220,550-560.3.NiuT.,WeiP.,ZhaoH.,WangY.,ShaoZ.(2020).Synthesisofd-fructosederived5-hydroxymethylfurfuralusingZr-modifiedMg-Alhydrotalcitecatalyst.AppliedCatalysisB:Environmental,277,119300.4.MohanS.V.,RohitM.V.,GandhiA.(2020).RecentAdvancesinSustainableUtilizationofBioresources.EnvironmentalManagement,SpringerSingapore,1005-1038.5.HuangJ.,SuY.,YangX.,WangL.,WangW.,ZhanX.,ZhangQ.(2021).FacilesynthesisofMg-Alhydrotalcitefrommagnesiumslagwasteashigh-performan