金屬基離子液體催化生物質轉化研究進展

馬浩，蔡滔，黃正宇，陳利利，喬艷輝，滕俊江，紀紅兵，3

（1 廣東石油化工學院化學學院，廣東茂名525000；2 廣東石油化工學院化學工程學院，廣東茂名525000；3 中山大學化學學院精細化工研究院，廣東廣州510275）

人類社會的快速發展依賴于對傳統化石資源的開發和利用，隨著全球人口的增加和科技的發展，導致對碳基化石燃料和化學品的需求量不斷加大，從而引起能源安全、環境污染等許多社會問題[1-2]。我國是化石資源匱乏的國家，尤其是石油資源不足，已成為制約我國從發展中國家向發達國家邁進的瓶頸[3]。因此，亟需尋找和開發新型綠色環保、可再生的資源，對于我國的可持續發展和能源安全具有積極的戰略意義[4]。

生物質是地球上普遍存在的可再生資源之一，也是唯一有望替代傳統化石資源制備碳基化學品和能源化合物的可再生資源。鑒于生物質的分子結構特點，催化轉化成為其高值化利用的首選方法，且催化劑的開發是核心[5]。離子液體催化劑因其獨特的催化活性和可設計性，以及與生物質分子具有較好的相互作用（氫鍵），在生物質資源開發和利用領域受到廣泛關注[6-7]。然而，生物質催化轉化過程中，所利用的離子液體催化劑多為Br?nsted 酸（B 酸）型離子液體，具有催化生物質分子解聚、脫水轉化的作用，功能相對單一[8]。為了賦予離子液體催化劑更多的優點和實現生物質選擇性催化轉化，并基于金屬中心（Lewis 酸，L 酸）對生物質分子獨特的催化活性，將金屬中心的催化功能引入離子液體中成為提升離子液體催化功能的有效途徑，受到廣泛重視，并取得一定進展[9-10]。目前，應用于生物質催化轉化的金屬基離子液體分為金屬氯化物型、多金屬氧酸鹽型、金屬螯合物型（陽離子配合物型）以及離子液體金屬鹽型，陽離子結構為咪唑基（圖1）、吡啶基（圖2）、銨鹽基（圖3）以及其他陽離子（圖4）。

圖1 咪唑基陽離子及其簡寫

圖2 吡啶基陽離子及其簡寫

圖3 銨鹽基陽離子及其簡寫

圖4 其他類型陽離子及其簡寫

基于此，本文綜述了上述金屬基離子液體在催化生物質基碳水化合物、木質素、油脂等轉化制備碳基化學品、燃料、聚合物產品等過程中的研究進展，對生物質催化轉化過程中離子液體催化劑的設計、合成和生物質資源的開發和利用具有較好的指導作用。

1 金屬氯化物型離子液體催化劑體系

金屬氯化物型離子液體是由離子液體氯鹽與金屬氯鹽（MClx）復合制備的含有金屬活性中心的功能化離子液體。金屬氯鹽（MClx）與離子液體的氯離子（Cl－）進行配位，通過調控兩者比例可以制（M2Cl+1）的離子液體催化材料。金屬活性中心仍備單金屬活性中心（MCl1）和多金屬活性中心然具有L 酸性，可以與離子液體陽離子協同作用，共同促進生物質轉化。

1.1 金屬氯化物型離子液體催化碳水化合物轉化形成平臺化學品

碳水化合物包括纖維素、半纖維素、淀粉、殼聚糖、蔗糖、葡萄糖等，可以經過水解、異構化、脫水轉化等步驟形成平臺化學品如5-羥甲基糠醛（HMF）、乙酰丙酸（LA）、甲酸（FA）等，其中催化異構化是制備平臺化學品的關鍵步驟。B酸可以有效催化纖維素等多糖水解、果糖脫水以及HMF水解反應，而催化異構化能力較弱，不能有效催化葡萄糖（多羥基醛）向果糖（多羥基酮）的轉化（圖5），從而降低了多醛糖制備平臺化學品的轉化效率[11]。

具有催化異構化功能的催化劑主要有金屬鹽（L 酸）、堿、酶等[11]。結合離子液體的結構特點，將具有催化葡萄糖異構化功能的金屬氯鹽引入離子液體中，成為提升離子液體催化異構化功能的必然選擇。例如，將ZnCl2、CrCl3引入非酸型離子液體[C4H9mim]Cl 中，制備L 酸型離子液體[C4H9mim][ZnCl3]、[C4H9mim][Zn2Cl5]、[C4H9mim][CrCl4]和[C4H9mim][Cr2Cl7]，耦合ZnCl2及CrCl3對葡萄糖的催化異構化功能[12]。由于Cr3+催化葡萄糖異構化能力較強[13]，含有Cr3+中心的離子液體（[C4H9mim][CrCl4]、[C4H9mim][Cr2Cl7]） 催化葡萄糖轉化性能明顯優 于[C4H9mim] [ZnCl3] 和[C4H9mim] [Zn2Cl5]， 以[C4H9mim][Cr2Cl7]為催化劑時，HMF 最高產率為68.4%。該類離子液體在催化木糖、木聚糖等轉化為糠醛（FF）過程中，同樣表現出較好的催化能力。在氯鋁酸離子液體（[C4H9mim]Cl-AlCl3）催化木糖脫水轉化的反應體系中[14]，Al3+可以催化木糖（醛糖）經過1,2-氫轉移過程異構化為木酮糖（圖6），FF 產率可達到79.76%，金屬活性中心的可控引入成功賦予了離子液體催化異構化功能[15]。

圖5 纖維素制備下游化學品的反應路經

圖6 ［C4H9mim］Cl-AlCl3催化木糖以及阿拉伯糖形成糠醛機理［14］

此外，離子液體中金屬活性中心也具備催化酮糖脫水反應的能力。例如，在DMSO 溶劑體系中，[C6(Mpy)2][NiCl4]中[NiCl4]2－可以高選擇性地催化果糖脫水形成HMF，在溫和條件下果糖幾乎可以定量轉化為HMF（95.6%的轉化率，95.5%的產率）[16]；[C4H9mim][ZnCl3]、[C4H9mim][Zn2Cl5]、[C4H9mim][CrCl4]和[C4H9mim][Cr2Cl7]均具有催化果糖脫水形成HMF的能力，以[C4H9mim][Zn2Cl5]為催化劑時，HMF 產率可達到96.8%[12]。

然而，該類離子液體雖然能高效催化葡萄糖異構化以及脫水反應，但催化糖苷鍵（C—O—C）水解能力較弱，在多糖轉化反應中，催化性能明顯下降[12]。基于此，為了提升該類離子液體催化多糖的轉化能力，引入B酸（磺酸基，—SO3H）的催化解聚（水解）功能，制備兼具B酸和L酸活性中心的雙酸型離子液體受到廣泛關注。

例如，青島科技大學于世濤課題組[17]設計合成多種B-L雙酸型離子液體（[C3H6SO3Hmim]Cl-xZnCl2，[C3H6SO3Hmim]Cl-xFeCl3和[C3H6SO3Hmim]Cl-xCrCl3），并研究其催化蔗糖等低聚糖脫水轉化形成HMF 的性能?；撬峄ā猄O3H）的引入可以有效提升其催化蔗糖脫水轉化的能力，蔗糖的轉化效率遠高于不含磺酸基的催化劑體系（[C4H9mim]Cl-CrCl3）。以[C3H6SO3Hmim]Cl-xCrCl3(x=0.55)為催化劑時，蔗糖幾乎可以完全轉化，并有78.7%的HMF 生成；該類型離子液體同樣可以催化纖維二糖轉化形成LA，在[C3H6SO3Hmim]Cl-xFeCl3(x=0.60)的催化作用下，LA 產率高達67.51%[18]。機理研究表明，L酸中心催化葡萄糖異構化功能與B 酸催化糖苷鍵（C—O—C）的水解以及果糖脫水轉化功能的耦合，是B-L雙酸型離子液體中B酸與L酸協同催化作用的體現，且金屬中心催化葡萄糖異構化過程是該反應的控速步驟[19]。

B-L雙酸型離子液體同樣可以催化纖維素等多糖的水解與轉化，且L酸中心可以輔助B酸中心對多糖的水解，B 酸和L 酸中心催化功能相互促進，從而實現纖維素等多糖的高效轉化[20-21]。

綜上所述，雙酸型金屬離子液體中B 酸和L酸中心優異的協同催化作用，使得該類催化劑在生物質基碳水化合物的高值化利用領域展現出優越的性能，新型B-L 雙酸型離子液體催化劑的開發必將促進生物質基碳水化合物資源化利用的快速發展。

1.2 金屬氯化物型離子液體催化木質素選擇性解聚

木質素是植物生物質的重要組成部分，含量在15%～20%，是由苯丙烷結構單元通過醚鍵（C—O—C）和碳碳（C—C）鍵連接而成，具體含有愈創木基丙烷（G）、紫丁香基丙烷（S）和對羥苯基丙烷（H）三種結構單元。金屬氯化物型離子液體在木質素催化轉化過程中應用較少，但也取得一定進展。例如，華南理工大學李雪輝教授課題組[22]研究了系列L酸型離子液體催化木質素醇解性能，發現[C4H9mim][FeCl4]可以將草本木質素中H結構單元選擇性催化裁剪（tailoring），并形成高附加值化學品對羥基肉桂酸甲酯（MPC），木質素中86.0%的H 結構單元被轉化，MPC 的選擇性達到70.6%。模型化合物對照實驗與DFT 計算表明，[FeCl4]-是該催化反應的活性中心，且與木質素酯鍵之間的能量差相對較小，是H結構單元被選擇性催化裁剪的決定性因素（圖7）[23]。

Fe3+基低溫共熔物催化劑[C2H4OHN(CH3)3]Cl-2FeCl3同樣具有選擇性催化裁剪木質素中H結構的能力，MPC 的產率達到105.8mg/g，選擇性為74.1%[24]。

盡管金屬氯化物型離子液體在木質素選擇性催化轉化方面的研究較少，但已展現出明顯的催化特性和應用潛力。

1.3 金屬氯化物型離子液體催化轉酯化反應

由于金屬氯化物型離子液體含有強的B、L酸性位，可以催化油脂進行轉酯化反應制備生物柴油（脂肪酸酯）。例如，L 酸型離子液體[C2H4OHN(CH3)3]Cl-2SnCl2可以高效催化大豆油與甲醇之間的轉酯化反應[25]，其催化效率明顯優于對應的金屬氯鹽（SnCl2），在優化溫度下脂肪酸甲酯的產率高達91.1%，反應結束后呈現相分離現象，有利于催化劑體系的回收使用。在B-L雙酸型離子液體[C3H6SO3HN(C2H5)3]Cl-xFeCl3的催化作用下，油脂轉酯化效率更高，生物柴油的產率可以達到95%，B 酸（H+）和L 酸（Fe3+）中心對轉酯化反應起到協同催化作用[26-27]。

1.4 金屬氯化物型離子液體催化其他類型生物質轉化

離子液體中活性中心除了可以催化脫水、異構化和酯化反應外，也具備催化不飽和鍵（C==C）聚合的特性。在催化松香的二聚反應[28]、α-蒎烯的聚合反應[29]和不飽和脂肪酸甲酯的二聚反應[30]中，表現出的催化能力仍然值得關注，表明金屬氯化物型離子液體在其他生物質轉化領域仍然具有相應的應用潛力。

圖7 [Bmim]FeCl4]催化木質素模型物醇解機理[23]

2 多金屬氧酸鹽型離子液體催化劑體系

多金屬氧酸鹽型離子液體是陰離子為多金屬含氧酸根負離子的功能化離子液體，多金屬含氧酸根賦予了離子液體新的功能，如易分離功能、催化氧化功能等。

2.1 多金屬氧酸鹽型離子液體催化碳水化合物轉化形成平臺化學品

用于碳水化合物轉化的多金屬氧酸鹽型離子液體的陰離子主要分為磷鎢酸型（PW）、硅鎢酸型（SiW）、磷鉬酸型（PMo） 以及磷鉬釩酸型（PMoV）。由于陰離子結構不同，在催化過程中表現的催化行為也有所不同[31]。多金屬含氧酸具有多個L 酸性中心，同時也含有多個質子（B 酸位），對生物質基碳水化合物的催化轉化表現出良好的催化活性[32]。離子液體陽離子與生物質分子之間具有較好的相互作用[6,33]，將含有磺酸基（—SO3H）的離子液體陽離子與多金屬含氧根負離子結合，增加了多金屬含氧酸型催化劑與生物質分子之間的相互作用強度，構建出的離子液體在催化單糖（葡萄糖、果糖）轉化為平臺化學品過程中催化性能稍微有所提升[34-37]，然而并沒有達到預期（表1）。引入金屬含氧酸根有可能提升離子液體催化劑的回收效率，但在文獻中并沒有過多提及。

然而，將多金屬含氧酸根引入離子液體中，導致催化劑分子量較大，從原子經濟性角度考慮，應用性并不突出。如何將陰、陽離子的催化特點引入離子液體中，實現選擇性催化轉化優勢以及產物的功能性，才是多金屬氧酸鹽型離子液體開發和應用的重點方向。例如，將氨基（—NH2）與離子液體和金屬含氧酸根結合，構建同時含有堿性基團（—NH2）和酸性位（H+）的“酸-堿”雙功能離子液體催化劑，耦合了—NH2催化葡萄糖異構化為果糖和H+催化果糖脫水形成HMF 的功能，體現出很好的設計性[38]。

多金屬氧酸鹽型離子液體在催化多糖轉化過程中表現出良好的性能（表1）。在PW 型離子液體[C3H6SO3Hmim]H2PW12O40的催化作用下，纖維素可以經過水解、脫水等系列步驟，高效轉化為葡萄糖和LA，轉化效率明顯優于H3PW12O40體系[39]；該類型離子液體同樣可以催化纖維素醇解反應，形成乙酰丙酸酯。以[C3H6SO3Hpy]3PW12O40為催化劑，纖維素在甲醇體系中可以完全轉化，并形成71.4%的乙酰丙酸甲酯，充分證明離子液體陽離子與纖維素分子較強相互作用的特性[40]。此外，聚合型多金屬氧酸鹽型離子液體也受到一定關注（圖8），并開發出聚（1-乙烯基-3-丙烷磺酸咪唑磷鎢酸鹽）（poly[C3H6SO3Hvim][PW12O40]n/3）催化劑，應用于催化果糖和葡萄糖轉化為HMF[41]。該催化劑催化性能與對應的H3PW12O40相當，但回收使用性能更強。目前，開發的聚合型多金屬氧酸鹽型離子液體還有[C3H6SO3Him-PEG(400)-C3H6SO3Him]3[PW12O40]2、[C3H6SO3Him-PEG(400)-C3H6SO3Him]3[PMo12O40]2、[C3H6SO3HN(C4H9)2-PEG(400)-C3H6SO3HN(C4H9)2]3[PW12O40]2、[C3H6SO3HN(C4H9)2-PEG(400)-C3H6SO3HN(C4H9)2]3[PMo12O40]2等，在催化果糖轉化過程中同樣呈現出較好的催化活性[42]。

表1 多金屬含氧酸與多金屬氧酸鹽型離子液體催化活性對比

圖8 聚合型離子液體陽離子結構示意圖［41-42］

在上述PW 型、SiW 型、PMo 型離子液體催化劑中，多金屬含氧酸根陰離子獨特的催化特性沒能體現。鑒于PMoV雜多酸對生物質的催化轉化（氧化）特點[43]，以PMoV 酸根為負離子的磺酸基多金屬氧酸鹽型離子液體被開發出來。該類型離子充分利用陽離子與生物質的相互作用以及B酸（H+）催化解聚功能，同時耦合了PMoV 酸根催化鄰二醇C—C 鍵斷裂的功能，將纖維素選擇性催化解聚、氧化形成FA 分子。例如，劉志敏研究員課題組[44]成功制備了系列含有磺酸基團的咪唑基和吡啶基PMoV型多金屬氧酸鹽型離子液體（[C3H6SO3Hmim]nH4-nPMo11VO40(n=1～4);IL-5:[C3H6SO3Hpy]3HPMo11VO40;[C3H6SO3HN(C2H5)3]3HPMo11VO40）。催化氧化纖維素制備FA過程中，[C3H6SO3Hmim]3HPMo11VO40催化氧化效率最高，在優化條件下，FA 的產率達到51.3%， 遠 高 于 傳 統H4PMo11VO40催 化 體 系（35.5%）。在該催化劑中，陰離子中的釩（V5+/V4+）是催化氧化活性中心，經過“電子轉移-氧轉移”（ET-OT）將纖維素水解產物葡萄糖中的鄰二醇結構定向氧化成FA 和CO2（圖9）[45]。然而，纖維素在B酸催化作用下，可經過水解、異構化、脫水轉化等過程形成FA，與經過水解、氧化反應形成的FA 之間存在競爭機制（圖5 和圖9）。如何調控纖維素的水解過程（B酸催化作用）與水解產物葡萄糖的氧化過程（PMoV 酸根催化作用）相互耦合和協同，對于提高纖維素選擇性催化氧化效率至關重要。

綜上所述，多金屬氧酸鹽型離子液體在生物質基碳水化合物催化轉化過程中呈現出一定的優勢，通過調整多金屬含氧酸根的結構可以調控相應催化劑的催化特性和產物特點，有利于實現纖維素等碳水化合物的選擇性催化轉化。

2.2 多金屬氧酸鹽型離子液體催化木質素選擇性轉化

部分科研工作者將多金屬含氧酸與磺酸功能化離子液體進行復合，構建“多金屬含氧酸-B 酸型離子液體”復合催化劑體系，耦合二者催化功能。例如，De Gregorio等[46]將H5PV2Mo10O40與[Hbim][HSO4]進行復合，構建雙功能H5PV2Mo10O40-[Hbim][HSO4]復合催化劑體系，并將木質素在O2氛圍內催化氧化形成香蘭素和丁香醛等芳香化學品；Shi 等[47]構建的K10P2W17O61-[C2H5mim]HSO4體系可以在H2O2中選擇性催化氧化木質素形成系列小分子含氧化學品。與復合催化劑體系不同，李雪輝教授課題組設計了系列多金屬氧酸鹽型離子液體（[C4H8SO3Hmim]MPW12O40，M=Na+,Mn2+,Co2+,Ni2+,Cu2+）[48]。在研究催化木質素氧化過程中發現，該類型離子液體可將木質素選擇性催化氧化并串聯酯化反應形成高附加值化學品馬來酸二乙酯， 以[C4H8SO3Hmim]CuPW12O40為催化劑，目標產品的產率達到404.8mg/g，選擇性為72.7%[48]，充分體現催化劑中陰、陽離子的多功能性。

2.3 多金屬氧酸鹽型離子液體催化（轉）酯化反應

多金屬氧酸鹽型離子液體在（轉）酯化反應中呈現出催化效率高、易回收使用等優點。早在2009年，南京工業大學的王軍教授報道了三種具有磺酸基團的PW型離子液體催化劑（[C3H6SO3Hmim]3PW12O40,[C3H6SO3Hpy]3PW12O40,[C3H6SO3HN(C2H5)3]3PW12O40）[49]，并研究其催化生物質基有機酸（檸檬酸、乳酸、琥珀酸等）與丁醇之間的酯化反應，反應結束后，呈現出明顯的相分離特點（圖10）。

圖9 催化氧化機理［45］

圖10 ［C3H6SO3Hmim］3PW12O40催化檸檬酸與正丁醇酯化反應過程［49］

該類催化劑在催化長碳鏈脂肪酸與甲醇酯化反應以及油脂轉酯化反應制備生物柴油方面仍然取得較好的進展[50-53]。例如，[C4H8SO3Hmim]4SiW12O40可以催化油酸與甲醇的酯化反應，且重復使用過程中活性未見下降[50]。過程影響因素分析表明，在[C3H6SO3Hmim]2HPW12O40催化的酯化反應中，最優的反應條件是醇、酸物質的量比為13，催化劑用量為7%，溫度為80℃，反應時間為5h，生物柴油的最高產率為91.8%[51]。在催化油脂的轉酯化反 應 中， [Hmim]4PMo11VO40、[Hmim]5PMo10V2O40、[Hmim]6PMo9V3O40等均表現出良好的催化效率[54]，以[C4H8SO3Hpy]3PW12O40為催化劑，動力學分析結果與實驗數據擬合度較好，對轉酯化實驗結果的預測具有一定幫助[55]。

2.4 多金屬氧酸鹽型離子液體催化其他類型生物質

多金屬氧酸鹽型離子液體在其他類型生物質資源的利用方面仍有一定的應用，目前已開發出的催化劑主要有[C3H6SO3Hmim]2Sm0.33PW12O40[56]和[C3H6SO3Hmim]2Mn0.5PW12O40[57]，分別用于催化松香二聚反應和α-蒎烯異構化以及聚合反應。含有MoV金屬中心的[CH2CH2OHN(CH3)3]5PV2Mo10O40則用于淀粉的選擇性催化氧化反應，產物為功能化淀粉材料。該催化劑對反應溫度比較敏感，呈現出較好的“溫度調控自分離”現象（圖11），具有簡單、方便回收使用的優點[58]。

圖11 溫度調控［CH2CH2OHN（CH3）3］5PV2Mo10O40催化劑自分離［58］

整體而言，多金屬氧酸鹽型離子液體在生物質催化轉化過程中具有一定的優勢，如何將離子液體陽離子與多金屬含氧酸根進行搭配，并充分耦合二者的優勢，提高目標產物的選擇性和功能性，是該類型催化劑開發利用的趨勢。

3 金屬螯合物型離子液體催化劑體系

金屬螯合物型離子液體有陰離子型和陽離子型之分，浙江大學李浩然教授課題組對陰離子型研究較多，并對其進行綜述[59]。該陰離子型離子液體主要是以金屬中心與配體形成的配合負離子為離子液體的陰離子，與陽離子結合后即可形成配陰子型金屬螯合物型離子液體，在無機材料領域得到廣泛應用[59]；而陽離子型金屬螯合物型離子液體則是離子液體陽離子上的配原子與金屬中心形成螯合物陽離子的離子液體（圖12）。中山大學的紀紅兵教授團隊[60]結合本課題組前期關于卟啉基離子液體的研究基礎，制備了含有Sn4+的螯合型金屬離子液體催化劑([C8H17im-Sn(salen)-C8H17im]2Br2)，并催化果糖等碳水化合物選擇性醇解制備乳酸甲酯。催化劑中Sn4+可以有效催化逆醇醛（retro-aldol）反應，是果糖C—C鍵斷裂、異構化形成乳酸甲酯的活性中心，在優化反應條件下，目標產物的產率為68.9%；Hu等[61]則構建具有Co-席夫堿結構特點的離子液體催化劑([py-Co(salen)-py]2[PF6]2)，該催化劑可以催化木質素下游化學品4-甲基愈創木酚選擇性氧化制備香蘭素。

圖12 金屬螯合型離子液體［60-61］

由于配體（配原子）對該類型催化劑金屬中心的保護作用（空間位阻），有可能會抑制金屬中心與較大分子結構的生物質分子（纖維素、木質素）之間的相互作用，影響其在生物質大分子催化轉化方面的應用。

4 離子液體金屬鹽型催化劑體系

離子液體金屬鹽是指金屬離子與含有磺酸基的離子液體結合，將金屬離子引入離子液體整體結構中，不同于離子液體與金屬鹽的簡單混合[46-47]。該類離子液體組成穩定，兼具L 酸和B 酸的催化功能。例如，將Fe2(SO4)3引入離子液體[C4H8SO3Hmim]HSO4中，構 建[C4H8SO3Hmim]HSO4-Fe2(SO4)3催 化劑，可用于喜樹籽油的轉酯化反應[62]；將Cr3+引入含有—SO3H 基的聚合型離子液體(poly[C3H6SO3Hvim][PW12O40]n/3-xCrCl3、poly[C3H6SO3Hvim]ClxCrCl3)中，可用于催化葡萄糖脫水轉化反應[63]。引入的金屬離子與B 酸離子液體催化功能相互耦合，提高了生物質原料的選擇性轉化效率。

5 固載型金屬離子液體催化劑體系

將金屬基離子液體固體化，制備固載型離子液體催化劑有利于提高其回收效率和重復使用性能（圖13）。目前，載體主要有SiO2[50]、MOFs（MIL-100(Fe)、UiO-66-2COOH）[64-65]、聚合物[53,66]等。例如，多金屬氧酸鹽型離子液體固定于SiO2上（SiO2@[C4H8SO3HSim]4SiW12O40），在催化油酸的酯化反應過程中表現出良好的穩定性和重復使用性[50]；通過MOFs受限的多金屬氧酸鹽型離子液體，在催化油脂的轉酯化反應中活性與相應多金屬氧酸鹽型離子液體相當，且回收方便，重復使用性能優異[64-65]；此外，磁性載體更有利于催化劑的回收使用[53]，因此在固載型離子液體的開發過程中，需要設計制備功能突出的催化劑載體，提高其應用性。

圖13 負載型離子液體陽離子結構［50，53，66］

6 結語與展望

綜上所述，金屬基離子液體催化劑在生物質資源開發和利用方面具有一定優勢，并取得相應進展，對生物質資源的高值化具有積極意義。然而，金屬基離子液體開發和利用過程中，對于離子液體的結構以及金屬中心的引入并沒有給予足夠的設計理念，尤其是在催化生物質基碳水化合物和木質素選擇性轉化方面，沒能充分利用金屬活性中心與離子液體結構特點在催化過程中的優勢，導致定向催化效率并不理想。因此，為了提高生物質資源的利用效率，需在以下方面進行更深入的研究。

（1）催化劑設計方面，針對不同類型的生物質分子結構特點和產物要求，并充分利用離子液體陽離子結構與生物質分子較強相互作用的優勢以及金屬中心的催化性能，構建選擇性好、協同催化能力強的金屬基離子液體，體現催化劑設計的理念。

（2）催化機理方面，充分利用新型的表征方法和研究手段對生物質分子選擇性催化轉化過程中的反應動力學和過程機理進行研究，探索生物質分子在催化劑活性中心的作用下化學鍵的形成與斷裂行為，明確金屬基離子液體催化生物質分子的作用機制，有助于新型催化體系的開發和工業化應用。

總之，生物質資源的高值化利用還處在發展階段，新型多功能催化劑的開發將起到至關重要的作用。金屬基離子液體催化材料因其獨特的催化活性和可設計性特點，在生物質利用過程有望產生重要影響，對可再生生物質資源的高值化利用具有重要的借鑒意義。