江苏大学在生物基呋喃材料研究上取得重要突破

江苏大学在生物基呋喃材料研究上取得重要突破

近期，江苏大学的施伟东、范伟强和王发根教授团队在生物基呋喃材料研究上取得重要突破。他们设计了一种高效的CoAl双金属基电催化剂，成功实现100%的5-羟甲基糠醛（HMF）转化率和高达99.1%的2,5-呋喃二甲酸（FDCA）产率。这一成果不仅推动了生物基材料的发展，也为缓解化石资源的快速消耗提供了新的解决方案。相关研究发表在国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》上，展示了我国在新材料研究领域的前沿水平。

研究团队通过电沉积法成功制备了Al(OH)₃/Co(OH)₂双功能催化计，并通过电化学活化生成了高价态的Co³⁺，该Co³⁺可作为HMF氧化的活性位点，而Al³⁺则作为吸附位点。这项研究提出并成功实施了一种新的吸附-活化协同增效策略，为HMF电化学氧化提供了新的思路以及解决方法。

这一突破的重要性在于，HMF和FDCA是生物基材料中的关键平台化合物。HMF是生物基新材料中唯一具有芳香环的平台化合物，其下游上千种的高附加值衍生物可被用于包装材料、高端纤维、工程塑料、表面活性剂、医药中间体等领域，是具备“万亿市场规模”的绿色新兴材料。FDCA作为当前市场应用最明确的呋喃单体，可制备多种功能性聚合物，如聚酯、聚酰胺、聚氨酯、热固性塑料、增塑剂等，可广泛应用于聚酯包装瓶、包装膜、纤维等制品中。

例如，相比于传统的PET聚酯，呋喃聚酯PEF具有更好的气体阻隔性（达到PET的6-8倍），添加20-30%的PEF即能大幅度地提升材料的气体阻隔性能，适用于对阻隔性要求高的食品饮料包装等领域。此外，呋喃聚酯纤维生物基含量达68%以上，可应用于时装、包袋、饰品等领域。

这一研究成果的产业化前景广阔。目前，中科国生等企业已实现HMF、FDCA百吨级连续化生产，并打通了HMF非粮原料来源的全链条技术。2023年，中科国生率先将FDCA吨级销售价格降至30万元以内，引领行业成本控制再上新台阶。随着江苏大学这一突破性研究的推进，未来有望进一步降低生产成本，提高生产效率，推动生物基材料的大规模应用。

这一突破不仅展示了我国在新材料研究领域的前沿水平，更为全球绿色经济和碳中和目标的实现提供了新的技术支撑。随着生物基材料产业的不断发展，我们有望看到更多基于这一技术的创新产品问世，为可持续发展注入新的动力。