2012CB215300-G草本能源植物培育及化學催化制備先進液體燃料的基礎研究.doc

項目名稱：草本能源植物培育及化學催化制備先進液體燃料的基礎研究首席科學家：馬隆龍 中國科學院廣州能源研究所起止年限：2012.1-2016.8依托部門：中國科學院 廣東省科技廳一、關鍵科學問題及研究內(nèi)容擬解決的關鍵科學問題本項目擬解決以下三個關鍵科學問題：（1）能源高粱等能源植物選擇性培育與遺傳學基本規(guī)律 通過對草本能源植物種質(zhì)資源的系統(tǒng)研究，對功能基因結構和作用機理進行分析，掌握選擇性培育草本能源植物的遺傳學基本規(guī)律。（2）水熱環(huán)境下生物質(zhì)大分子結構解聚機理 探討纖維素結晶度、聚合度、形態(tài)及木質(zhì)素聚合度、結構單元的連接方式對超稀酸酸-酸耦合解聚的影響規(guī)律及解聚后木質(zhì)素結構的變化機理，研究解聚后木質(zhì)素聚合度、木質(zhì)素-碳水化合物復合物對木質(zhì)素進一步轉(zhuǎn)化為酚類低聚衍生物的影響規(guī)律，探索有效的纖維素、木質(zhì)素定向解聚方法。（3）解聚產(chǎn)物催化轉(zhuǎn)化制備先進液體燃料的機理及選擇性控制規(guī)律生物質(zhì)解聚產(chǎn)生的糖類和酚類衍生物水相催化合成烷烴燃料、含氧燃料和芳烴是實現(xiàn)生物質(zhì)全成分高效轉(zhuǎn)化為先進液體燃料的關鍵。其中涉及到的主要科學問題為：針對糖類衍生物組成特點，控制催化劑活性中心強度、活性原子簇大小以實現(xiàn)對含不同化學基團和碳鏈長度反應物分子的活化能力，以實現(xiàn)選擇性控制糖類衍生物的脫水、加氫脫氧飽和、異構等反應以定向合成C5、C6生物汽油，以及高選擇性脫水合成羥甲基糠醛和糠醛等平臺化合物及其與小分子醛酮等化合物耦合控制碳鏈長度以及耦合產(chǎn)物的加氫脫氧飽和、異構制備生物航空煤油和柴油。針對糖類衍生物含氧量高的特點，采取部分還原、脫水、醚化和酯化等控制氧含量以制備含氧燃料。該過程的關鍵是控制催化劑活性中心大小、強度和優(yōu)化匹配等以實現(xiàn)上述反應的歸并耦合，達到含氧燃料定向水相合成的目的。另一關鍵點是木質(zhì)素大分子解聚為酚類衍生物及選擇性C-C鍵和C-O-C健斷裂制備芳烴和加氫脫氧飽和、異構制備液體烷烴燃料的催化反應機理、產(chǎn)物選擇性調(diào)控以及相應高效催化劑的制備科學。針對上述關鍵科學問題，本項目的主要研究內(nèi)容如下：（1）能源高粱等能源植物選擇性培育及遺傳學的基礎研究通過生物信息學和比較基因組學等方法整合高等植物代謝途徑中的重要基因功能信息，以轉(zhuǎn)錄組分析為基礎，探討能源高粱等能源植物的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成和結構的網(wǎng)絡系統(tǒng)及關鍵節(jié)點以及關鍵調(diào)節(jié)基因的分離和功能驗證，并研究能量品質(zhì)相關基因的作用機制，在此基礎上提出與植物次生細胞壁生物合成相關的轉(zhuǎn)錄調(diào)控途徑；探討逆境條件下基因表達的差異，分離抗逆基因，并進行功能驗證及作用機制研究；建立草本能源植物分子標記檢測技術平臺，對草本能源植物種質(zhì)開展遺傳多樣性評價，為重要基因克隆及分子標記輔助育種提供依據(jù)。（2）生物質(zhì)水熱解聚及解聚過程中大分子結構解析的基礎研究通過研究超稀酸酸-酸耦合水解條件和相互關聯(lián)為變量的纖維素、半纖維素的降解動力學模型，探索水熱環(huán)境超稀酸酸酸耦合催化纖維素、半纖維素解聚規(guī)律；通過研究H+和金屬鹽離子分別作用下纖維素的解聚方式，結合其解聚速率方程式，研究水熱環(huán)境中H+和金屬鹽離子對纖維素作用的機理；對比酸酸耦合水解，研究生物質(zhì)在堿性條件下的解聚規(guī)律以及解聚過程中OH-與生物質(zhì)官能團尤其是木質(zhì)素官能團的相互作用模式；研究水熱解聚條件下木質(zhì)素在分子量、總羥基、羧基、酚羥基、羰基、甲氧基含量以及木質(zhì)素三種主要結構單元（愈創(chuàng)木基、紫丁香基和對羥基苯酚）的比例變化，探討水熱解聚對木質(zhì)素的結構特性的影響；以透射電子顯微鏡、環(huán)境掃描電鏡觀察木質(zhì)素在水溶液中的構型，探討水熱解聚條件對木質(zhì)素團聚結構的影響；以水熱解聚條件下獲得的木質(zhì)素為原料，利用低溫液相催化、微波輔助/光化學催化方法研究木質(zhì)素的定向解聚機理和結構中鍵合的斷裂規(guī)律。對比堿處理生物質(zhì)、溶劑萃取木質(zhì)素的結構變化，結合解聚產(chǎn)物的結構特征，獲得生物大分子結構特征。（3）解聚產(chǎn)物催化制氫的基礎研究研究以生物質(zhì)解聚的主要產(chǎn)物為底物進行一步法催化重整制備氫氣過程中的催化制氫機理，相應的高效催化劑的設計、表征和低成本化制備方法的研究；通過高通量篩選獲得具有糠醛耐受性及高效利用生物質(zhì)解聚產(chǎn)物中各組分進行產(chǎn)氫的菌株，并構建能高效利用生物質(zhì)解聚混合物和催化重整制氫殘液進行產(chǎn)氫的穩(wěn)定菌群，制取高品質(zhì)氫氣?？紤]到綠藻具有較高的光能轉(zhuǎn)化效率及商業(yè)利用價值，未來極有可能成為重要的生物質(zhì)能源，本課題計劃開展速生綠藻的高效梯級轉(zhuǎn)化探索研究。（4）糖類衍生物催化制液體烷烴燃料的基礎研究 水解液中的碳水化合物水相催化氫化合成C5、C6烷烴的反應機理及轉(zhuǎn)化規(guī)律；水解液中的單/低聚糖催化轉(zhuǎn)化為羥甲基糠醛/糠醛的反應機理、轉(zhuǎn)化歷程及過程控制規(guī)律；糖衍生物羥醛縮合碳鏈增長與控制合成C8-C15正構及異構烷烴的反應機理、轉(zhuǎn)化規(guī)律及目標產(chǎn)物選擇性調(diào)控規(guī)律；高效脫水、氫化、縮合及異構化高效催化劑制備科學；反應器設計原理；水相催化合成液體烷烴的反應與催化作用本質(zhì)、過程耦合調(diào)控規(guī)律及轉(zhuǎn)化理論。（5）糖類衍生物催化制含氧燃料的基礎研究在掌握糖類衍生物組成、結構和分布特點的基礎上，研究高效固體酸催化劑的制備規(guī)律及其對不同結構的水溶性糖類衍生物選擇性脫水、裂解為平臺化合物的催化反應機理、選擇性控制規(guī)律，并闡明催化劑的構效關系；研究平臺化合物分子為反應原料經(jīng)部分還原、脫水、醚化、酯化等轉(zhuǎn)化為呋喃/四氫呋喃衍生物、-戊內(nèi)酯和乙酰丙酸酯等含氧燃料的催化反應規(guī)律、動力學及其相應高效穩(wěn)定的固體酸、堿和金屬催化劑的制備和篩選；探索復雜水解液體系不同化學結構反應物集總動力學模型、含氧產(chǎn)物選擇性控制機理，為復雜水相體系含氧燃料的定向合成提供理論指導。（6）酚類衍生物催化制液體烷烴燃料的基礎研究研究酚類衍生物低聚物進一步解離中加氫、氧化和超/亞臨界條件下C-C和C-O鍵等斷裂規(guī)律。通過控制金屬活性組分和載體的晶相結構、尺寸、孔結構及金屬組分在載體表面的組裝、分散等，研制高效的C-O鍵裂解、芳香醛碳鏈增長、苯環(huán)加氫飽和及開環(huán)催化劑，同時保持其低的C-C鍵斷裂能力和在低pH水熱條件下、超臨界或亞臨界溶劑體系以及有外加微波作用下的高穩(wěn)定性。探索水熱條件下飽和烷烴的異構化性能，通過改性制備疏水性的金屬-酸雙功能催化劑，考察復雜水相條件下的催化反應機理和動力學模型，并對異構化產(chǎn)物進行選擇性調(diào)控。調(diào)控催化劑的性質(zhì)，選擇性裂解C-O-C鍵，同時保留C-C和芳環(huán)不被裂解和飽和，制備芳烴及其衍生物，并對該反應的動力學規(guī)律和化學反應機理進行研究。通過對課題的研究，期望研制出在低pH水熱條件下或超臨界或亞臨界溶劑體系以及有外加微波作用下穩(wěn)定、且具有高效C-O鍵裂解、苯環(huán)加氫飽和及開環(huán)異構活性的多功能催化劑。掌握從酚類衍生物轉(zhuǎn)化為烴類及其衍生物的化學反應機理及動力學規(guī)律，實現(xiàn)反應產(chǎn)物的選擇性調(diào)控。二、預期目標總體目標通過本項目研究，解決能源高粱等草本能源植物選擇性培育及化學催化轉(zhuǎn)化制備先進液體燃料的關鍵科學問題，建立木質(zhì)纖維素生物質(zhì)規(guī)?；玫睦碚摵图夹g基礎，推動國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，促進新農(nóng)村建設，實現(xiàn)國家能源結構多元化，并在減少大氣污染和溫室氣體排放等方面做出貢獻。（1）在對優(yōu)質(zhì)草本能源植物資源評價的基礎上，通過正、反向遺傳學和比較基因組學等方法克隆其能源性和抗逆性相關基因，并對基因進行深入的功能和作用機制的解析，闡明能源物質(zhì)的富集機制及抗逆機制，進而對草本能源植物進行分子設計和品質(zhì)改良，為優(yōu)質(zhì)草本能源植物的選擇性培育提供理論指導。（2）深化我國在生物質(zhì)水相催化轉(zhuǎn)化制備先進液體燃料方面的基礎研究，拓展和豐富生物質(zhì)催化理論體系，在生物質(zhì)水熱化學催化解聚環(huán)境下的結構演變規(guī)律及解聚過程中大分子結構解析、解聚產(chǎn)物（糖類和酚類衍生物）復雜體系水相催化制氫、液體烷烴燃料/含氧燃料的轉(zhuǎn)化機理及選擇性調(diào)控規(guī)律等多方面取得突破，為具有自主知識產(chǎn)權的新型生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術的開發(fā)提供科學指導和理論支撐。（3）在工程熱物理與化學、材料、環(huán)境、農(nóng)學等學科交叉基礎上，形成生物質(zhì)能源新的學科方向。建設具有示范作用的優(yōu)質(zhì)草本能源植物培育及化學催化轉(zhuǎn)化制備先進液體燃料的研究平臺。培養(yǎng)和造就一批在能源、資源與環(huán)境及相關領域的高層次專家和研究人才，形成在相關領域中有國際影響力的研究團隊。（4）以發(fā)展符合國家能源結構多元化和環(huán)境友好等重大需求并且具有自主知識產(chǎn)權的優(yōu)質(zhì)草本能源植物選擇性培育和化學催化制備先進液體的系統(tǒng)為目標，實現(xiàn)草本能源植物培育和催化轉(zhuǎn)化利用高效率、目標產(chǎn)物高品質(zhì)和高價值，形成若干具有自主知識產(chǎn)權的草本能源植物利用的創(chuàng)新成果，發(fā)展新一代的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化方式，大幅度提高生物質(zhì)能源利用率。五年預期目標（1）在對能源高粱等草本能源植物資源評價、基因功能和作用機制研究的基礎上，通過正、反向遺傳學和比較基因組學等方法克隆其能源性和抗逆性相關基因，并對基因的功能和作用機制進行研究，為草本能源植物的選擇性育種提供理論支撐。（2）通過對生物質(zhì)大分子在水熱解聚環(huán)境下的化學結構、鍵合方式及熱化學特性的研究，從分子水平上獲得其化學結構及水熱化學轉(zhuǎn)化過程中結構變化規(guī)律的認識，探明產(chǎn)物分布控制的機理和方法，為生物質(zhì)高效經(jīng)濟轉(zhuǎn)化為先進液體燃料奠定理論基礎。（3）通過建立含糖類和酚類衍生物復雜組分在水相重整、脫水、加氫脫氧和異構化、醚化、酯化等過程的催化反應體系和多相催化反應動力學模型，形成較完整的催化劑制備理論和反應器設計方法。該理論和方法可直接指導復雜環(huán)境下生物質(zhì)解聚產(chǎn)物水相重整制氫和制備液體烷烴燃料/含氧燃料，并實現(xiàn)供加氫一體化，為今后生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制備先進液體燃料打下理論基礎，以利于實現(xiàn)我國中長期生物質(zhì)規(guī)模化利用目標。（4）在工程熱物理、化學、材料、環(huán)境、生物、農(nóng)學等多學科交叉和結合的基礎上形成生物質(zhì)能源新的學科方向。在優(yōu)質(zhì)草本能源植物培育及后續(xù)化學催化轉(zhuǎn)化為先進液體燃料方面形成2-3項核心技術，或者是全新的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術。建立一套完整的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)化學催化轉(zhuǎn)化先進液體燃料的中試驗證系統(tǒng)。（5）在研究領域內(nèi)發(fā)表SCI和EI檢索論文累計達200篇以上，力爭有3-5項原創(chuàng)性研究成果發(fā)表在國際頂尖雜志上，獲得省部級一等獎以上的獎勵1-2項，出版專著3部以上，組織1-2次高水平的國際學術會議，形成10-20項發(fā)明專利，達到可以向生產(chǎn)轉(zhuǎn)化的技術水平。培養(yǎng)博士60名，碩士100名。三、研究方案學術思路以水相化學催化轉(zhuǎn)化制備先進液體燃料為目標，從生物和水熱化學轉(zhuǎn)化角度提出關鍵科學問題，在分子水平上深入了解草本能源植物的選擇性培育、生物質(zhì)大分子結構動態(tài)解析方法，以生物質(zhì)解聚、解聚產(chǎn)物催化制氫和制備先進液體烷烴燃料、含氧燃料等轉(zhuǎn)化路線中的反應歷程、轉(zhuǎn)化規(guī)律為核心，提出生物質(zhì)水相化學催化制備先進液體燃料的相關理論，為開發(fā)高效、經(jīng)濟的生物燃料技術提供理論基礎。總體研究思路見圖4。圖4 項目總體研究思路框圖技術途徑本項目借助先進的儀器分析，依托機理試驗研究，并緊密結合理論分析和模型構建，對草本能源植物培育及生物質(zhì)水相化學催化制備先進液體燃料中的基礎科學問題進行研究，開發(fā)高效制備生物質(zhì)先進液體燃料方法，其技術途徑如圖5所示。圖5 項目實施技術途徑框圖（1）根據(jù)本項目擬重點開展的研究內(nèi)容，結合基因組學、分子生物學在細胞壁合成與代謝途徑相關的信號轉(zhuǎn)導與基因表達調(diào)控方面的已有成果和數(shù)據(jù)庫信息，利用生物信息學、比較基因組學的理論與方法，探討與纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成和結構密切相關的網(wǎng)絡系統(tǒng)及關鍵節(jié)點以及抗逆性，下圖為本課題的部分工作流程框圖：圖6 草本能源植物培育研究方案框圖（2）采用核磁共振、氣質(zhì)聯(lián)用、液質(zhì)聯(lián)用、原子力顯微鏡、傅立葉紅外光譜、熱重等現(xiàn)代儀器分析表征、水熱轉(zhuǎn)化實驗及計算機模擬相結合的方法，對生物質(zhì)三種基本構筑單元木質(zhì)素、纖維素、半纖維素在水熱解聚環(huán)境下的結構演變機理及化學結構與特性做出較清晰的描述，確定幾種典型生物質(zhì)中聚多糖、木質(zhì)素在解聚過程中的化學結構和鍵合方式，揭示生物質(zhì)大分子結構特征和斷裂機理；研究高溫液態(tài)水、酸/超低酸水熱和超臨界環(huán)境等下纖維素/半纖維素、木質(zhì)素解聚的化學反應特性，揭示水熱環(huán)境提供的H+和OH-和超臨界環(huán)境溶劑分子與生物質(zhì)大分子的相互作用模式及其解聚機理；研究堿性水熱條件下生物質(zhì)中木質(zhì)素組分的降解機理，揭示OH-與半纖維素和木質(zhì)素連接鍵的斷裂模式，建立木質(zhì)素在堿性條件下的溶解動力學模型。研究結果可指導生物質(zhì)大分子解聚的方向，為后續(xù)的水相化學催化轉(zhuǎn)化與高值化利用提供理論基礎。（3）設計解聚產(chǎn)物在水熱條件下的可控反應裝置，通過原位、快速反應啟動和終止的方法測試其在水熱條件下的重整制氫反應機理和途徑；通過改變反應條件來控制反應的速度和選擇性，獲得優(yōu)化的水熱反應工藝條件。通過對中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物的測定，建立解聚物在相應條件下分解途徑，建立催化制氫反應模型；利用XRD、XPS、FTIR、SEM、TEM、AFM、XRF等表征手段對催化劑進行反應前后的狀態(tài)進行表征，揭示其高活性形成機理及可能存在的失活機理，并對相應的分解途徑可能存在的阻抑因素提出解決方法。通過對催化劑在水熱條件下表面態(tài)的量化計算，改變催化劑組成、結構和形態(tài)，掌握其對催化劑活性、選擇性的影響規(guī)律，設計合成出具有高活性和高選擇性的催化劑；通過研究催化劑對不同反應途徑的促進機理和高選擇性規(guī)律，研制多組分高效催化劑。篩選具有高活性、寬底物范圍和耐受性高的光合細菌及其他產(chǎn)氫菌，通過代謝途徑的優(yōu)化改造提高其對生物質(zhì)解聚物的利用效率，獲取具有高產(chǎn)氫活性和高CO轉(zhuǎn)化制氫效率的產(chǎn)氫菌群。對速生綠藻梯級轉(zhuǎn)化制備生物柴油和氫氣進行探索性研究。（4）針對糖類衍生物含氧量高的特點，制備去功能化的加氫、脫水、加氫飽和、異構化制取液體烷烴（生物汽油/航空煤油/柴油）的金屬-酸雙功能催化劑，考察不同金屬活性組分、催化劑載體等對這些反應的影響規(guī)律，采用不同的催化劑制備方法如浸漬、沉積沉淀、水熱/離子熱合成等對金屬和載體的形貌、尺寸和孔結構及其金屬與載體相互作用的最優(yōu)化控制，利用TG、XRD、BET、XPS、EXAFS、TEM、化學吸附等手段對其進行詳細表征，闡明水相條件下的催化反應動力學機理及所需的該類雙功能催化劑特性，為高穩(wěn)定性、高活性、高選擇性的液體烷烴轉(zhuǎn)化催化劑的制備提供理論指導。制備C5、C6糖類脫水制取羥甲基糠醛/糠醛的高效酸性固體催化劑，研究不同種類催化的催化反應性能，揭示催化劑的組成、尺寸、晶相結構、孔結構等對酸性質(zhì)的影響及對產(chǎn)物的選擇性調(diào)控規(guī)律；在水相體系里添加丙酮、丙酮醇、二羥基丙酮等有機小分子以實現(xiàn)其與羥甲基糠醛/糠醛碳鏈增長的目的，制備針對該過程的高效固體堿催化劑，探明該碳鏈增長（羥醛縮合）的催化反應機理，并闡明反應產(chǎn)物的選擇性控制規(guī)律，為制備符合碳鏈要求（C8-C15）的航空煤油、柴油等烷烴燃料中間產(chǎn)物奠定堅實的理論基礎。（5）針對糖類衍生物成分復雜和含氧量高的特點，控制催化劑的晶相結構、尺寸大小、孔結構及其不同催化劑中不同功能組分的組裝匹配等關鍵因素以控制催化劑的酸堿性、金屬活性及金屬-載體相互作用強度，制備水熱環(huán)境下高效穩(wěn)定的催化劑，實現(xiàn)復雜化合物中醇、醚、醛和羧酸等官能團涉及到的脫水、部分還原、環(huán)化、酯化、脫羧等反應的選擇性合成。采用先進的表征手段如TEM、SEM、XPS、BET、XRD、EXAFS、FT-IR等對催化劑的物理化學性質(zhì)進行詳盡的表征，闡明催化劑表面性質(zhì)對不同官能團化合物分子水相催化轉(zhuǎn)化的化學反應機理、選擇性調(diào)控規(guī)律。從配置典型結構的糖類衍生物為混合反應原料入手進行研究，逐步過渡到復雜的真實水相體系，探索適合不同結構反應物的多功能耦合催化劑的制備科學和集總動力學模型，為糖類衍生物水相催化定向合成含氧燃料提供理論支持。（6）通過對木質(zhì)素解聚產(chǎn)物中低聚物進一步的進行解離。通過加氫還原、氧化裂解、氫解，或是超臨界/亞臨界溶劑體系的方法得到烴類燃料，酚類及芳香醛。芳香醛可以通過羥醛縮合來增加碳鏈長度，進一步加氫得到烴類燃料。酚類化學物通過制備酚類衍生物復雜產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為液體烷烴和芳烴的高效催化劑，針對產(chǎn)物含有苯環(huán)以及與苯環(huán)相連甲氧基的共性，通過控制金屬活性組分和載體的晶相結構、尺寸、孔結構及金屬組分在載體表面的組裝等，制備選擇性C-O鍵裂解、苯環(huán)加氫飽和及開環(huán)催化劑，同時保持其低的C-C鍵斷裂能力和在低pH水熱條件下的高穩(wěn)定性。通過對上述催化劑的可控制備科學的深入認識及對催化反應機理的詳盡分析，可為含酚類衍生物的木質(zhì)素解聚產(chǎn)物水相催化定向合成包含汽柴油/航空燃料在內(nèi)的先進液體烷烴燃料和芳烴提供理論指導。創(chuàng)新與特色與傳統(tǒng)的生物質(zhì)直接液化和間接液化制備生物基燃料相比，本項目提出的經(jīng)選擇性培育獲得的優(yōu)質(zhì)草本能源植物水相解聚及解聚產(chǎn)物水相催化轉(zhuǎn)化為先進生物質(zhì)液體燃料的技術路線特色鮮明，創(chuàng)新性突出。其主要特點在于：從纖維素類草本能源植物入手，經(jīng)選擇性培育獲得高儲能、高生物量及組成結構可調(diào)的優(yōu)質(zhì)木質(zhì)纖維類生物質(zhì)，采用經(jīng)濟高效的水相化學催化轉(zhuǎn)化方法，研究建立將其全成分、規(guī)?；⒏咝мD(zhuǎn)化為先進液體燃料的理論與技術體系，研究生物質(zhì)在水熱解聚環(huán)境中的化學組成、分子結構及其解聚反應機理，研究生物質(zhì)解聚產(chǎn)物的水相催化重整制氫、糖類和酚類衍生物定向制備先進液體烷烴燃料、含氧燃料和芳烴的反應機理，闡明生物質(zhì)全成分催化合成先進液體燃料的化學規(guī)律，形成具有國際先進水平的生物質(zhì)資源高值化利用理論。本項目提出的生物質(zhì)全成分水相催化轉(zhuǎn)化和水相產(chǎn)加氫一體化的概念在國內(nèi)外沒有直接的研究報道，可借鑒的國內(nèi)外公開的研究資料也很有限。本項目的生物高等效利用件下的應裝置，通過原位，決上述瓶頸問題，需要解聚主要創(chuàng)新點如下：（1）探索經(jīng)選擇性培育獲得的高儲能、高生物量且組成結構可調(diào)控的優(yōu)質(zhì)草本能源植物資源用于制備生物質(zhì)先進液體燃料的新途徑；收集和評價草本能源植物的種質(zhì)資源，通過功能基因組和比較基因組學手段，分離細胞壁代謝途徑和抗逆相關基因，研究并解析細胞壁代謝途徑調(diào)控網(wǎng)絡和抗逆機制，指導高儲能、高生物量和耐受鹽堿、邊際貧瘠土地的優(yōu)質(zhì)能源植物的培育。 （2）提出以木質(zhì)纖維素生物質(zhì)組成單元間的較活潑連接鍵為突破點，并依據(jù)各組成單元的結構和化學鍵活性特征，在水熱環(huán)境中對其進行定向解聚，進而采取水相化學催化技術實現(xiàn)生物質(zhì)全成分、高效轉(zhuǎn)化為先進液體燃料的新思路；在技術上采用酸酸耦合水解方法，降低解聚能耗、單糖分解、提高單糖收率、實現(xiàn)水解用水系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，解決大量氯離子廢水排放問題；提出木質(zhì)素聚集體結構調(diào)控、微波氧化降解/光催化降解實現(xiàn)木質(zhì)素的定向解聚方法。（3）發(fā)展從生物質(zhì)解聚產(chǎn)物入手，在復雜水相體系催化制氫（提供氫源）、液體烷烴/含氧燃料和芳烴的化學反應機理和選擇性調(diào)控規(guī)律的集成創(chuàng)新理論；發(fā)展并合成多功能催化劑，實現(xiàn)多步反應耦合，提高原子利用率和能量轉(zhuǎn)化效率；發(fā)展高效、廉價、低毒的賤金屬催化劑替代傳統(tǒng)的貴金屬催化劑，降低關鍵反應的生產(chǎn)成本；構建新型水相催化轉(zhuǎn)化途徑，并實現(xiàn)與水解工藝的銜接。取得重大突破的可行性分析長期以來，我國生物質(zhì)能利用一直停留在低技術水平階段，基礎研究環(huán)節(jié)的薄弱制約了先進技術的應用。對優(yōu)質(zhì)草本能源植物的選擇性培育規(guī)律掌握不夠，對生物質(zhì)大分子在水熱環(huán)境下的解聚規(guī)律及結構認識不足，對解聚產(chǎn)物的后續(xù)水相化學催化轉(zhuǎn)化基礎研究薄弱。深入研究這些問題，完全可以使生物質(zhì)培育和催化轉(zhuǎn)化技術獲得理論支撐，從而在生物質(zhì)高效利用技術上獲得重大突破。（1）項目總體思路設計合理，從生物質(zhì)培育和催化轉(zhuǎn)化技術利用途徑中提取出科學問題，科學問題的解決反過來又可以指導技術的提升和實現(xiàn)。（2）科學問題解決可以大大提升相關技術水平，通過實現(xiàn)生物質(zhì)選擇性培育和水相催化轉(zhuǎn)化制備液體烷烴燃料、含氧燃料、芳烴技術的實驗室規(guī)模聯(lián)動，培育出生物質(zhì)培育和催化轉(zhuǎn)化新技術，可大大提升現(xiàn)有技術水平。（3）利用骨干單位多學科優(yōu)勢，開展工程熱物理、化學、材料、環(huán)境、生物、農(nóng)學等多學科的交叉研究。利用各學科優(yōu)勢，從學科交叉中出創(chuàng)新成果，從而在生物質(zhì)大分子結構、生物質(zhì)分子水熱分解機理及選擇性調(diào)控規(guī)律和生物質(zhì)解聚產(chǎn)物復雜體系中的催化轉(zhuǎn)化規(guī)律等多方面取得重大突破。（4）本項目的主要骨干單位大多建有國家重點實驗室、部門重點實驗室等基礎研究基地，擁有支撐完成本項目的先進儀器設備與實驗平臺；研究隊伍從事與本項目相關（生物質(zhì)培育、水熱解聚和水相催化轉(zhuǎn)化）的研究工作，具有豐富的經(jīng)驗積累和研究成果。這些都為項目取得重大突破提供重要保證。（5）為了保證本項目的實施質(zhì)量，項目組設置了項目專職秘書，聘請了在相關領域具有較高聲譽和建樹的院士和教授組成項目專家組和學術顧問組。項目專家組如下：姓名性別專業(yè)技術職務專 業(yè)單 位備注馬隆龍男研究員生物質(zhì)能廣州能源所項目首席郭烈錦男教授熱能工程西安交通大學項目外專家駱仲泱男教授可再生與替代能源利用浙江大學項目外專家孫潤倉男教授生物質(zhì)化學北京林業(yè)大學項目外專家邱學青男教授精細化學工程華南理工大學課題組長朱玉雷男研究員多相催化山西煤化所課題組長傅堯男教授生物質(zhì)化學中國科技大學課題組長于靜娟女教授生化與分子生物學中國農(nóng)業(yè)大學課題組長張琦女副研究員熱能工程廣州能源研究所項目專職秘書學術顧問組如下：姓名性別職稱專 業(yè)單 位曹湘洪男院士石油化工中國石化股份公司總工程師匡廷云女院士植物學中科院植物研究所歐陽平凱男院士生物化工南京工業(yè)大學王濤男教授農(nóng)學中國農(nóng)業(yè)大學譚天偉男教授生物化工北京化工大學儲富祥男研究員林產(chǎn)化學中國林科院顏涌捷男教授化學工藝華東理工大學課題設置思路為了推動項目順利實施，在通盤考慮項目實施方案基礎上，把六項主要研究內(nèi)容歸結為三個層面，組織六個課題進行分工研究。草本能源植物選擇性培育及全成分、高效率、高價值轉(zhuǎn)化利用是其能源化轉(zhuǎn)化為先進液體燃料的瓶頸問題。為了解決上述瓶頸問題，需要解決三個層面的關鍵科學問題，分別是：（1）草本能源植物選擇性培育；（2）生物質(zhì)水熱解聚及解聚過程中的結構解析；（3）解聚產(chǎn)物水相催化制備先進液體燃料。三個層面相互聯(lián)系，互相依托，將項目的研究目標和關鍵科學問題作為兩條縱線貫穿于三個層面的研究中，并作為紐帶把六個課題緊緊鎖定在六個主要研究內(nèi)容上。就戰(zhàn)略部署而言，考慮到草本能源植物培育、生物質(zhì)大分子結構解析和解聚在國內(nèi)外已取得一些進展，在第一層面和第二層面上，主要安排2個課題（課題1和2）進行研究，在第三層面上，部署了4個課題（課題3、課題4、課題5和課題6）進行研究，課題3（生物質(zhì)解聚產(chǎn)物水相催化制氫）為其它課題（課題4、5、6）提供氫源，實現(xiàn)氫自給。整個研究方案可概括為一個項目、兩個貫穿、三個層面、六個課題。六個課題有分工，有協(xié)作，也有多學科的交叉、融合，相互借鑒，形成一個有機的整體。首席科學家和顧問、學術指導一起形成一個指導中心，在部署每一個課題所承擔科研任務的同時，也明確了其在整個項目中的地位和作用，以及與其它課題的聯(lián)系。課題設置介紹課題1. 能源高粱等能源植物選擇性培育及遺傳學的基礎研究針對草本能源植物種質(zhì)資源的高光能利用率、高蓄能、高生物量、抗逆(抗旱、耐鹽堿、耐寒冷、抗蚜蟲等)等重要性狀進行評價，獲得優(yōu)良的種質(zhì)資源，通過表達譜分析獲得基因，并對功能基因結構和作用機理分析，闡述優(yōu)質(zhì)木質(zhì)纖維素植物選擇性培育改造的分子生物學基礎。主要研究內(nèi)容：（1）對草本能源植物的種質(zhì)資源進行篩選，開發(fā)高通量EST-SSR、ISSR或SNP分子標記，建立草本能源植物分子標記檢測技術平臺。對柳枝稷、狼尾草等多種草本能源植物種質(zhì)開展遺傳多樣性評價，為重要基因克隆及分子標記輔助育種提供依據(jù)。（2）利用生物信息學和比較基因組學，對植物細胞壁代謝途徑等相關的基因調(diào)控網(wǎng)絡進行研究。主要是對與次生細胞壁生物合成相關的SND，NST和VND三類NAC轉(zhuǎn)錄因子家族成員的系統(tǒng)研究。（3）通過對基因組、功能基因組學、蛋白組學和文獻數(shù)據(jù)庫信息的挖掘、分析和整合，運用系統(tǒng)方法和計算機算法，建立與植物細胞壁合成與代謝途徑相關的信號轉(zhuǎn)導和基因表達分子調(diào)控網(wǎng)絡模型，并分析與纖維素、半纖維素和木質(zhì)素合成，結構形成和代謝密切相關的子網(wǎng)絡系統(tǒng)。（4）應用比較基因組學研究分析手段，利用高粱的全基因組信息與模式植物擬南芥，禾本科作物水稻、玉米等的同源基因比對、共線性進化、共表達分析，探討以能源高粱為主的能源植物的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成和結構的網(wǎng)絡系統(tǒng)及關鍵節(jié)點。（5）以抗旱、耐鹽、抗寒的植物（如苜蓿）為材料，集成轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析技術，分析其在高鹽、干旱、低溫下的全基因組表達譜，解析在不同逆境脅迫下基因表達調(diào)控分子機制的異同，并進一步挖掘重要抗逆基因。（6）對獲得的重要功能基因或基因家族進行結構、表達、調(diào)控、代謝進行系統(tǒng)分析，掌握功能基因的作用機理。承擔單位：中國農(nóng)業(yè)大學負責人：于靜娟 主要學術骨干：蘇震、董江麗、張?zhí)N薇、楊富裕經(jīng)費比例：11%課題2. 生物質(zhì)水熱解聚及解聚過程中大分子結構解析的基礎研究通過研究不同超稀酸耦合方式、酸濃度、液固比、解聚溫度、反應時間等對生物質(zhì)解聚速率的影響，掌握水熱環(huán)境超稀酸酸酸耦合催化纖維素、半纖維素解聚規(guī)律及模型；通過探索H+和金屬鹽離子分別作用下纖維素的解聚方式，研究水熱環(huán)境中H+和金屬鹽離子對纖維素作用的機理；研究堿性水熱條件下生物質(zhì)的降解機理，考察降解溫度、時間等因素對生物質(zhì)中木質(zhì)素溶解速率的影響，建立木質(zhì)素在堿性條件下的溶解動力學模型，通過對比酸酸耦合水解生物質(zhì)和堿性條件生物質(zhì)解聚效果，以獲得優(yōu)選的生物質(zhì)大分子解聚方法，實現(xiàn)纖維素、半纖維素及木質(zhì)素的有效分離。以提純的分級木質(zhì)素為研究對象，研究水熱解聚條件下木質(zhì)素在分子量、總羥基、羧基、酚羥基、羰基、甲氧基含量以及木質(zhì)素三種主要結構單元愈創(chuàng)木酚基、紫丁香基和對羥基醇型的比例變化，探討水熱解聚對木質(zhì)素的結構特性的影響；研究木質(zhì)素在水熱條件下解聚后的超分子結構及對其后續(xù)解聚為酚類衍生物活性的影響；以水熱解聚條件下獲得的木質(zhì)素為原料，利用低溫液相催化、微波輔助/光化學催化方法研究木質(zhì)素的定向解聚機理和結構中鍵合的斷裂規(guī)律；采用分形理論研究并揭示水熱解聚反應對生物質(zhì)大分子團聚結構的影響規(guī)律及解聚活性；通過對水熱解聚環(huán)境中纖維素晶型結構的結晶區(qū)大小、結晶度、微纖絲角等隨催化液種類、催化液濃度、反應溫度及反應時間等參數(shù)變化的研究，掌握水熱解聚環(huán)境下纖維素晶型結構的演變規(guī)律，為生物質(zhì)在水熱條件下的定向解聚進而高效利用提供科學依據(jù)。主要研究內(nèi)容：（1） 水熱環(huán)境超稀酸酸酸耦合催化纖維素、半纖維素解聚規(guī)律及模型研究；（2） 水熱環(huán)境中H+和金屬鹽離子對纖維素作用的機理研究；（3） 堿性環(huán)境下生物質(zhì)基本構成單元木質(zhì)素和半纖維素連接鍵斷裂機理和木質(zhì)素溶解動力學模型；（4） 水熱環(huán)境下木質(zhì)素的主要基團和結構單元演變規(guī)律；（5） 木質(zhì)素在水熱條件下解聚后的超分子結構及對其后續(xù)解聚為酚類衍生物活性的影響；（6） 生物質(zhì)大分子結構解析；（7） 生物質(zhì)大分子結構特性對其纖維素、木質(zhì)素解聚的影響規(guī)律；（8） 木質(zhì)素解聚為低聚酚類衍生物的機理；承擔單位：華南理工大學、中國科技大學負責人：邱學青主要學術骨干：歐陽新平、李文志、潘國強、趙平輝經(jīng)費比例：18%課題3 解聚產(chǎn)物催化制氫的基礎研究研究并揭示生物質(zhì)解聚產(chǎn)物在水相條件下的制氫機理及相應催化劑的組成、結構和形態(tài)對其活性和選擇性的影響規(guī)律；篩選能夠高效利用解聚產(chǎn)物進行產(chǎn)氫的細菌，并對其進行代謝工程改造以提高其產(chǎn)氫速率；獲得水相催化制氫混合氣的高效去除CO的方法；最終實現(xiàn)利用以生物質(zhì)解聚后的水溶性小分子為底物的廉價、潔凈和高效率制氫方法。主要研究內(nèi)容：（1） 高效、連續(xù)水相制氫反應器研究；（2） 研究水相條件下解聚產(chǎn)物催化制氫反應機理和動力學；（3） 研究新型的水相重整制氫催化劑的制備科學；（4） 篩選和改造具有底物廣譜性的產(chǎn)氫細菌，獲取高制氫活性的工程菌；（5） 研究系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率的評價方法以評價實驗室制氫系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率，得出限制系統(tǒng)效率提高的瓶頸因素，并提出相應的解決方案；（6） 研究速生綠藻的水熱催化轉(zhuǎn)化制備生物柴油及利用剩余藻渣進行水熱-超臨界催化重整制備氫氣，以實現(xiàn)對速生綠藻的全組分高效利用；承擔單位：西安交通大學、天津大學負責人：張西民主要學術骨干：王國祥、陳斌、祝新利經(jīng)費比例：15%課題4 糖類衍生物催化制液體烷烴燃料的基礎研究 研究成分復雜的糖類衍生物的組成、結構及其相互作用規(guī)律；針對真實水解液去官能團化合成液體烷烴燃料涉及的脫水、加氫脫氧、碳鏈增長和異構化等反應，制備高效的固體酸、堿和金屬負載的固體酸催化劑，控制催化劑體表相結構、孔結構，實現(xiàn)催化劑中不同功能組分（金屬粒子和載體）的最佳匹配；闡明上述反應的水相催化反應機理和動力學規(guī)律，為實現(xiàn)真實水解液體系高效率轉(zhuǎn)化為生物液體燃料（汽、航空煤油和柴油）的目的提供科學依據(jù)。主要研究內(nèi)容：（1） 研究水解液中的葡萄糖、木糖、果糖、纖維二糖等碳水化合物水相催化氫化合成C5、C6烷烴的反應機理及轉(zhuǎn)化規(guī)律；（2） 研究糖衍生物羥醛交叉縮合/自縮合碳鏈增長與控制水相催化合成C8-C15正構及異構烷烴的反應機理、轉(zhuǎn)化規(guī)律及目標產(chǎn)物選擇性調(diào)控規(guī)律；（3） 研究水相催化的高效脫水、氫化、縮合及異構化高效催化劑制備科學；（4） 研究糖衍生物水相催化轉(zhuǎn)化的反應器設計原理；（5） 揭示糖類衍生物水相催化合成液體烷烴的反應與催化作用本質(zhì)、過程耦合調(diào)控規(guī)律及轉(zhuǎn)化理論。承擔單位：中國科學院廣州能源研究所負責人：馬隆龍主要學術骨干：王鐵軍、陳金鑄、張琦、莊新姝、劉琪英經(jīng)費比例：24%課題5 糖類衍生物催化制含氧燃料的基礎研究在掌握糖類衍生物組成、結構和分布特點基礎上，研究高效固體酸催化劑的制備規(guī)律及其對糖類衍生物選擇性脫水、裂解為平臺化合物的催化反應機理、選擇性控制規(guī)律，并闡明催化劑的構效關系；研究平臺化合物分子為反應原料涉及的部分還原、脫水、醚化、酯化等的催化反應規(guī)律、動力學及其相應高效穩(wěn)定的固體酸、堿和金屬催化劑的制備和篩選；進而探索復雜水解液體系不同化學結構反應物集總動力學模型、含氧產(chǎn)物選擇性控制機理，為復雜水相體系含氧燃料/燃料添加劑的定向合成提供理論指導。主要研究內(nèi)容：（1） 糖類衍生物選擇性裂解為平臺化合物糠醛、羥甲基糠醛等的反應機理、產(chǎn)物控制和高效固體酸催化劑研究；（2） 糖類衍生物水相催化氫解制備呋喃/四氫呋喃、2-甲基呋喃/四氫呋喃、2,5-二甲基呋喃/四氫呋喃的化學反應機理、產(chǎn)物控制和高效加氫催化劑研究；（3） 羥甲基糠醛水相催化制-戊內(nèi)酯、乙酰丙酸酯等的化學反應機理、產(chǎn)物調(diào)控規(guī)律及相應高效催化劑研究；（4） 乙酰丙酸為原料，經(jīng)-戊內(nèi)酯、5-壬酮中間產(chǎn)物水相催化制備5-壬醇的化學反應規(guī)律、產(chǎn)物調(diào)控和相關高效催化劑制備研究；承擔單位：中國科學院山西煤炭化學研究所、中國科技大學負責人：朱玉雷主要學術骨干：郭慶祥、侯相林、張成華、石景經(jīng)費比例：15%課題6 酚類衍生物催化制液體烷烴燃料的基礎研究 探索水相條件下酚類衍生物催化提質(zhì)轉(zhuǎn)化定向合成液體烷烴和芳烴的化學反應機理和產(chǎn)物的選擇性控制規(guī)律；高效穩(wěn)定的酚類衍生物定向轉(zhuǎn)化催化劑研究；通過此項研究，為生物質(zhì)中的木質(zhì)素規(guī)?；?、高效利用（液體烷烴燃料和芳烴）提供理論基礎。主要研究內(nèi)容：（1） 酚類衍生物低聚物進一步解離研究。研究加氫、氧化和水、醇和有機酸等溶劑超/亞臨界條件下酚類衍生物低聚物解離過程涉及的C-C、C-O鍵斷裂和苯環(huán)飽和等化學反應機理和產(chǎn)物選擇性控制規(guī)律；（2） 以苯酚、丁香酚和愈創(chuàng)木酚為單體模型化合物，在超臨界水體系中，通過苯環(huán)加氫開環(huán)、酚羥基斷裂以及C-O-C醚鍵斷裂等反應而獲得烷烴，并研究兩類過程的反應動力學機理；研究微波照射條件下酚類衍生物C-C和C-O健斷裂規(guī)律；（3） 針對產(chǎn)物中含有的醛基芳香烴進行碳鏈增長反應，通過芳香醛與丙酮進行羥醛縮合反應增加碳鏈長度，最終再通過苯環(huán)加氫以及C-O鍵裂解等反應制備烷烴；（4） 針對以上各反應研制高效催化劑。通過控制金屬活性組分和載體的晶相結構、尺寸、孔結構及金屬組分在載體表面的組裝、分散等，實現(xiàn)催化劑的高活性、高選擇性以及在低pH水熱條件下的高穩(wěn)定性；（5） 結合三種單體模型化合物的化學結構和電子結構分析，利用分子動力學和量子化學理論研究水相催化酚類衍生物制烷烴以及芳烴的過程機理，進而完善并優(yōu)化催化途徑與催化工藝；承擔單位：中國科技大學、東南大學負責人：傅堯主要學術骨干：肖睿、胡漢平、沈德魁、張穎經(jīng)費比例：17%各課題之間的關系各課題之間優(yōu)勢互補，相互聯(lián)系。課題1主要側(cè)重于第一個層面的研究，是其他課題的研究前提，為其他課題提供優(yōu)質(zhì)草本能源植物資源。課題2側(cè)重于第二個層面的研究，其研究結果可為后續(xù)課題提供生物質(zhì)解聚原料。其他課題為第三層面的研究，其中課題3的任務在于研究生物質(zhì)解聚產(chǎn)物水相催化產(chǎn)氫過程，為其他課題（課題4、5、6）提供氫源，實現(xiàn)氫自給，課題4和課題5的任務在于分別研究糖類衍生物水相催化制液體烷烴燃料和含氧燃料過程，其中含氧燃料可作為現(xiàn)有液體烴類燃料的補充，課題6的任務在于研究酚類衍生物水相催化制液體烷烴燃料并聯(lián)產(chǎn)芳烴過程，該過程可解決生物質(zhì)中木質(zhì)素殘渣難以有效利用的難題，從而實現(xiàn)生物質(zhì)全成分高效利用。各課題關系如圖7所示。圖7 課題設置關系框圖四、年度計劃本項目年度研究計劃和研究目標如下表所示：研究內(nèi)容預期目標第一年1、開發(fā)柳枝稷和狼尾草等的高通量EST-SSR分子標記，建立高效分子標記檢測技術平臺。對柳枝稷、狼尾草等種質(zhì)開展遺傳多樣性評價。 2、高等植物中與次生細胞壁生物合成相關的轉(zhuǎn)錄因子家族基因的挖掘及進化分析 (主要關注已測全基因組序列并在進化中有代表性的物種)與次生細胞壁生物合成相關的關鍵轉(zhuǎn)錄因子（如：NAC、MYB）所參與的基因調(diào)控網(wǎng)絡分析。3、苜蓿逆境脅迫下的轉(zhuǎn)錄組測序。4、通過研究不同超稀酸耦合方式、酸濃度、液固比、解聚溫度、反應時間等對生物質(zhì)解聚效果的影響，探索纖維素結晶度、聚合度和單顆粒形狀變化與超稀酸酸酸耦合的水熱環(huán)境中各參數(shù)的關聯(lián)，探討其對生物質(zhì)中纖維素半纖維素水熱解聚的影響規(guī)律，水熱解聚環(huán)境中纖維素晶型結構的演變規(guī)律。 5、用水熱合成和固相熱化學合成法大量合成新型水熱重整制氫催化劑，并研究其水熱重整催化生物質(zhì)解聚模型化合物葡萄糖，糠醛和乙酸的制氫活性。6、構建連續(xù)式及批式水熱催化重整制氫反應系統(tǒng)。7、大量篩選能夠以生物質(zhì)解聚混合物為底物進行產(chǎn)氫的菌種庫，特別是篩選能夠利用乙酸，且對糠醛具有較高耐受性的產(chǎn)氫菌株。8、設計連續(xù)固定床水相催化氫化-異構反應評價裝置。9、研究水解液中的葡萄糖、木糖、果糖、纖維二糖等碳水化合物水相催化氫化合成C5、C6烷烴的反應特性及轉(zhuǎn)化規(guī)律。10、研制碳負載的金屬催化劑及金屬-固體酸雙功能催化劑，考察其水相催化糖制多元醇及多元醇制取C5、C6烷烴的活性、選擇性及穩(wěn)定性。11、針對熱敏性、易聚合類化合物，如糠醛和羥甲基糠醛，設計連續(xù)固定床小試反應評價裝置。初步制備加氫類雙功能催化劑，分別測試糠醛、羥甲基糠醛性能。12、合成并表征金屬雙功能催化劑，分別測試甲酸分解和乙酰丙酸加氫的效果，并優(yōu)化反應條件。探索CO2在該催化反應體系中的作用。13、糖類衍生物特別是葡萄糖和纖維素制備羥甲基糠醛；利用全新的催化劑和反應體系，研究糖類衍生物的化學反應機理和產(chǎn)物分布規(guī)律，進一步從動力學和熱力學角度，研究反應控制的基礎規(guī)律；設計半連續(xù)反應裝置，研究糖類反應生成糠醛和羥甲基糠醛的反應過程中的基本規(guī)律。14、合成多種木質(zhì)素的二聚體，三聚體用于氫解，氧化裂解的理論研究。15、研究超臨界或亞臨界溶劑（水、小分子醇類以及有機酸類）對木質(zhì)素低聚物的解離。16、針對解聚產(chǎn)物中含有苯環(huán)以及與苯環(huán)相連甲氧基，進行加氫反應制備烷烴的實驗探索。17、用苯酚、丁香酚和愈創(chuàng)木酚為模型化合物，對酚類化合物催化制烷烴燃料進行初步探索。18、合成功能性催化劑，對以合成的催化劑進行表征，并完成對其進行系統(tǒng)的性質(zhì)表征。1、建立柳枝稷SSR高通量的分子標記技術體系，篩選高效引物10-20對。 2、得到高等植物中與次生細胞壁生物合成相關轉(zhuǎn)錄因子候選基因，并對其進化關系進行分析。同時，研究關鍵轉(zhuǎn)錄因子在模式植物擬南芥中所參與的基因調(diào)控網(wǎng)絡。3、獲得苜蓿轉(zhuǎn)錄組的原始測序數(shù)據(jù)。4、研究開發(fā)出用于水熱環(huán)境中高效解聚生物質(zhì)的超稀酸種類和耦合方式。5、制備5種以上的水熱重整制氫催化劑，獲得1-2種廉價的高活性催化劑。6、構建連續(xù)式及批式水熱催化重整制氫反應系統(tǒng)各一套。7、建立含有20株細菌以上的菌種庫。8、制備出碳負載的金屬催化劑及金屬-固體酸雙功能催化劑。9、初步闡明糖類衍生物直接水相催化氫化及異構合成C5、C6烷烴的反應機理及轉(zhuǎn)化規(guī)律。10、糖模型化合物轉(zhuǎn)化率達到85%以上，C5、C6烷烴的選擇性達到90%以上。11、改建8套小試固定床反應評價裝置，適合熱敏性、易聚合類化合物加氫反應測試。同時完善糖類衍生物的定性、定量分析方法。12、合成相關反應的金屬雙功能催化劑，測試加氫脫氧的效果，并優(yōu)化反應參數(shù)。13、糖類衍生物水解制備糠醛或羥甲基糠醛的半連續(xù)反應裝置一套。14、完成木質(zhì)素低聚物解離過程的評價并獲得較為優(yōu)化的解離反應條件。15、完成對催化劑的合成與表征工作，選出合適的加氫催化劑。16、通過控制金屬活性組分和載體的晶相結構、尺寸、孔結構及金屬組分在載體表面的組裝、分散等，實現(xiàn)催化劑的高活性、高選擇性以及在低pH水熱條件下的高穩(wěn)定性。17、發(fā)表論文 26-29 篇，申請專利 1-2件。第二年1、繼續(xù)開展柳枝稷和狼尾草等分子標記研究。2、開展柳枝稷耐鹽相關基因的克隆。3、以擬南芥基因調(diào)控網(wǎng)絡為模版，通過比較基因組學方法，研究能源植物（以能源高粱為主）中相應的基因調(diào)控網(wǎng)絡。通過基因調(diào)控網(wǎng)絡分析，篩選與細胞壁生物合成途徑及其調(diào)控機制密切有關的新基因。4、對苜蓿轉(zhuǎn)錄組原始數(shù)據(jù)從頭拼接，轉(zhuǎn)錄本功能注釋和聚類分析。5、通過研究纖維素的解聚速率與不同水熱環(huán)境中H+和金屬鹽離子的種類和數(shù)量的關聯(lián)，建立與H+和金屬鹽離子相關的纖維素解聚速率方程式；通過研究H+金屬鹽離子分別作用下纖維素的解聚方式，結合其解聚速率方程式，研究水熱環(huán)境中H+和金屬鹽離子對纖維素作用的機理，建立水熱環(huán)境中生物質(zhì)超稀酸酸-酸耦合解聚模型。 6、對比研究木質(zhì)纖維素生物質(zhì)在堿性條件下的解聚機理，考察生物質(zhì)解離溫度、反應時間對生物質(zhì)溶解及降解的影響，通過研究OH-與生物質(zhì)中木質(zhì)素的相互作用模式，建立木質(zhì)素的溶解反應動力學。 7、研究水熱解聚生物質(zhì)的模型化合物葡萄糖，乙酰丙酸和乙酸的水熱重整制氫機理。8、研究水熱重整制氫催化劑組成，表面態(tài)和形貌對其催化活性和產(chǎn)氫選擇性的影響。9、研究速生綠藻水熱催化重整制備生物柴油及利用藻渣進行水熱-超臨界催化重整制備氫氣。10、研究水熱重整過程的熱力學和動力學過程。11、研究基因改造對候選細菌的產(chǎn)氫速率的作用。12、采用浸漬法、沉淀法和混合法等研制新型固體酸負載的金屬催化劑，考察活性組分、助劑、反應工藝參數(shù)（如反應溫度、壓力、時間和反應物濃度）等因素對催化劑上各糖類衍生物脫水、加氫去氧等反應加氫性能的影響。13、結合GC/MS、HPLC等手段追蹤分析產(chǎn)物組成分布，探索各糖類及衍射物脫水、加氫去氧等反應的機理；14、采用BET、XRD、TEM、NH3-TPD等現(xiàn)代表征方法，對催化劑的比表面積、孔結構、物相結構、金屬顆粒、表面酸中心等催化劑性能的影響，探索高效加氫催化劑的制備規(guī)律；15、制備水相穩(wěn)定的金屬-酸雙功能催化劑，探索水相條件下C5、C6烷烴異構化反應機理。 16、合成系列銅基雙功能催化劑，完成糠醛和羥甲基糠醛的性能評價。掌握糠醛類氣相催化加氫串聯(lián)反應的整體技術過程，和相關加氫脫水催化劑體系設計。17、合成固體酸催化劑，并對其進行結構表征。優(yōu)化糖類制乙酰丙酸的反應條件，摸索固體酸催化該反應的規(guī)律。對比各種固體酸的催化效果，并于硫酸作對比。18、研究-戊內(nèi)酯的低成本生產(chǎn)途徑。19、探索呋喃類生物質(zhì)基化學品的氧化、加氫和酯化反應性能及反應控制規(guī)律。20、全面開展從酚類衍生物制備烴類燃料的各項研究工作。21、根據(jù)去年的部分實驗結果設計反應的機理，通過量子化學計算，尋找可能的反應歷程。22、合成選擇性催化劑，該催化劑能夠選擇性的氫解C-O-C鍵，同時保留C-C鍵和芳環(huán)不被裂解。23、利用水相體系中，通過苯環(huán)加氫開環(huán)、酚羥基斷裂以及C-O-C醚鍵斷裂等反應而獲得烷烴。24、研究超臨界或亞臨界溶劑體系下，木質(zhì)素的酚類衍生物催化加氫制備烷烴或芳香烴。25、初步探究在低溫微波作用下，酚類衍生物催化加氫還原制備烷烴或芳香烴過程規(guī)律。1、篩選高效引物20-30對；2、克隆耐鹽相關的基因EST片段1-2個。 3、初步搭建生物能源植物（以能源高粱為主中）與次生細胞壁生物合成相關轉(zhuǎn)錄因子所參與的基因調(diào)控網(wǎng)絡。4、克隆相關的轉(zhuǎn)錄因子。5、獲得苜蓿逆境脅迫下基因表達譜。6、探索水熱環(huán)境中H+和金屬鹽離子對纖維素作用的機理研究，建立水熱環(huán)境中生物質(zhì)超稀酸酸-酸耦合解聚模型。 7、獲得生物質(zhì)基本組分木質(zhì)素的溶解機理和動力學模型。 8、闡明2-3種模型化合物的水熱重整制氫機理。9、制備5種以上的水熱重整制氫催化劑，獲得1-2種廉價的不含貴金屬的高活性催化劑； 制備速生綠藻催化重整制生物柴油及藻渣制氫氣的高效催化劑1-2種。10、建立1-2種模型化合物的水熱重整制氫熱力學動力學模型。11、獲得影響細菌制氫過程中的主要代謝途徑，并建立起相應的改造方法。12、研制出新型、高效固體酸和金屬負載的固體酸催化劑。13、探明糖類衍生物脫水、加氫去氧等反應的變化規(guī)律與反應機理；14、闡明高效加氫催化劑的構效關系；15、水解液中總糖轉(zhuǎn)化率達到85%以上，C5、C6烷烴的選擇性達到90%以上；16、制備出銅基雙