生物质资源的高效综合利用已成为全球绿色可持续发展的重要战略方向。将农业剩余物、废弃物等可再生原料转化为高附加值化学品，这一方式正逐步替代传统石化原料供应。其中，以5-羟甲基糠醛（HMF）为代表的呋喃化合物具备长周期应用价值，可通过选择性开环转化为链状醇、羧酸和胺类化合物，广泛应用于制备生物基塑料和医药中间体。然而，传统催化体系中呋喃环C−O键的高解离能导致反应效率低、选择性调控困难，严重制约“呋喃平台”高值化利用进程。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所非金属催化团队在生物质转化领域取得系统性突破。该团队经过十余年攻关，聚焦5-羟甲基糠醛的规模化制备及高值化技术开发，与浙江糖能科技有限公司联合完成产业化技术，两项成果于2024年通过鉴定与评价。前期相关加氢还原研究已多次发表于国际期刊（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 31251; Appl. Catal. B 2025,361,124578; Appl. Catal. B 2025,361,124563; Appl. Catal. B 2025,367,125078;Appl. Catal. B 2025,374,125405）。

近期，该团队与加州理工学院William A. Goddard III院士、宁波材料所尹宏峰研究员合作，在呋喃环催化开环机理研究上取得关键进展。他们在国际上首次揭示了水分子在铂催化呋喃环开环反应中的促进机制：（1）水介导质子转移，铂金属表面的氢原子通过界面水分子以“质子耦合电子转移”机制进攻呋喃环中C−O键，显著降低其解离能垒；（2）开环形成的中间体在界面水合氢离子稳定下，触发水分子选择性攻击特定取代碳位点，形成新羟基，完成开环过程；（3）侧链基团的供/吸电子性质差异决定呋喃环开环决速步骤的类型（水分子亲核加成），破解了长期存在的开环路径选择性难题。该成果强调溶剂极性、氢键网络和界面质子动力学的协同调控，为生物基化学品的大规模绿色生产奠定理论基础。

相关成果以“The Water-Mediated Reaction Pathway for Catalytic Opening of the Furanic Ring on Platinum Catalysts”为题发表于国际期刊Journal of the American Chemical Society上。宁波材料所博士毕业生吕明鑫（现宁波材料所博士后）、淮丽媛副研究员为共同第一作者，尹宏峰研究员、William A. Goddard III院士与张建研究员为共同通讯作者。论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c02521。此项研究得到了国家自然科学基金（U23A20125），宁波市自然科学基金（2023J335），中国科学院公派项目（[2019]46）和美国国家科学基金（CBET 2311117）等项目的支持。

液态水上2,5-二羟甲基呋喃在铂金属表面开环制备1,2,6-己三醇的示意图。黑色箭头代表质子转移（IM1）

（高分子与复合材料实验室 吕明鑫 张建）