在从“石油化工”迈向“生物制造”的进程中，如何稳定、低成本地获得来源于非粮生物质的糖平台化合物，已成为生物制造产业链中的“卡脖子”难题。然而，传统的生物质糖化过程高度依赖昂贵的酶制剂，存在成本高、反应速率慢、对原料组分敏感、酶失活等问题，严重制约了非粮生物质的大规模、高效利用。因此，构建绿色可循环的非酶糖平台化合物制备体系，具有重要的战略意义。

针对这一关键瓶颈，中国科学院成都生物研究所生物质废弃物资源化利用创新团队的罗倚坪副研究员，联合西班牙萨拉戈萨大学和加拿大不列颠哥伦比亚大学等合作单位，提出了一种全新的路易斯酸调控非酶催化策略，开发了新型磷掺杂磁性核壳固体催化剂，成功实现了从各类农林生物质中半纤维素制备高产率的非酶糖平台化合物。该研究从催化剂结构设计出发，以四氧化三铁为核、二氧化硅作为保护层、磷掺杂碳为外壳，构筑了具有核壳型结构的磁性固体酸催化剂。该特殊结构的设计，一方面可以保护四氧化三铁，使催化剂在反应后仍保持良好磁性，并可通过磁铁在固-固和固-液体系中实现快速高效分离；另一方面，硅层与碳壳交联为掺杂的磷提供理想的瞄定支架，使磷物种固定在碳基骨架上，显著提升催化剂的稳定性。该催化剂表现出优异的催化活性和底物适应性，在温和水热条件下，可高效转化玉米芯、玉米秸秆、杨木和竹子等多种农业废弃生物质，其中从杨木半纤维素中获得的木糖产率高达91.0%。催化剂同时展现出良好的可循环利用性，经三次循环使用后，仅通过简单的热炭化再生处理即可恢复并保持较高活性，显示出良好的可持续应用潜力。在机理层面，该研究系统阐明了磷掺杂碳基催化剂在糖化反应中的路易斯酸催化作用机理。研究发现，磷掺杂形成的POₓ物种（C–P–O、C₃–P=O、C–O–P）是关键的路易斯酸活性位点，能够有效活化水分子生成H⁺，选择性断裂半纤维素骨架中的糖苷键，同时抑制木糖进一步降解，从而显著提高半纤维素糖化效率。

该研究突破了长期以来生物质糖化依赖酶制剂的瓶颈，构建了绿色、可回收、低成本的磁性固体酸催化体系，为实现非酶糖平台化合物规模化制备提供了新技术路径，也为支撑生物制造产业发展提供了更加经济可靠的“糖底物”保障。相关成果以题为Novel phosphorus-doped magnetic and deactivation-resistant solid catalysts for nonenzymatic sugar production from biomass hemicellulose的论文发表于中科院1区TOP期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering。论文第一作者为罗倚坪副研究员，通讯作者为敖天杰博士。合作作者包括成都生物研究所李东研究员、朱晓宇副研究员和邓放副研究员，以及西班牙萨拉戈萨大学Javier Remón教授和加拿大不列颠哥伦比亚大学Jie Wu博士等。该研究得到国家自然科学基金(32301538)、四川省科技计划项目(2023NSFSC0347, 2023ZYD0280)、研究所自主部署项目等联合资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.5c11136