纤维素生物质利用价值高、应用前景广,但其化学性质稳定不易被转化利用,因此常用固体酸催化剂来催化水解纤维素,然而纤维素水解反应中的产物较复杂。本文采用试验与计算化学相结合的方法,对如何提高纤维素水解中葡萄糖的选择性进行了研究:首先利用硅羟基的去质子化作用,制备了一种新型硅羟基催化剂,实现了对纤维素的水解。吡啶吸附傅里叶变换红外谱图表明该催化剂表面上没有布朗斯特(Bronsted)酸位点,pH测试结果表明该催化剂常温下的水分散液没有酸性。DFT(Density Functional Theory,密度泛函理论)计算结果表明,硅羟基提供氢离子的过程是一个吸热过程,活化能为0.926.eV。因此环境达到一定温度后,催化剂表面的硅羟基才会发生去质子化过程。最优条件下,该催化剂催化纤维素水解的最大总产率为50.74%。其中葡萄糖的选择性为95.1%,同时5-羟甲基糠醛和糠醛的产率相对较低,这表明在这种条件下几乎不发生葡萄糖向5-羟甲基糠醛和糠醛的进一步转化,该催化剂对纤维素水解中的葡萄糖有较高的选择性。为了研究如何提高酸性催化剂对葡萄糖的选择性,提出了在催化剂表面枝接苯环改性,以实现产物葡萄糖自发离开催化剂表面。原位红外吸附实验的结果表明,改性后的催化剂对葡萄糖的吸附效果明显减弱。在水热试验中,苯环改性后的磺化催化剂与未改性的相比显示出减缓葡萄糖降解的作用。纤维素水解试验结果表明,苯环改性的固体酸催化剂催化纤维素水解得到了 55.1%的葡萄糖产率和95.98%的葡萄糖选择性。当使用未改性催化剂时,只有29.53%葡萄糖产率和82.33%葡萄糖选择性,苯环改性能够提高传统酸性催化剂对葡萄糖的选择性。分子动力学计算结果表明,葡萄糖在未改性催化剂上吸附能为-19.61 kcal/mol,当枝接苯环改性后吸附能下降至-14.37 kcal/mol,载体对葡萄糖的吸附变弱,枝接的苯环对葡萄糖吸附的位阻效应导致催化剂对葡萄糖的吸附减弱。综上所述,本文针对固体酸性催化剂对产物葡萄糖的选择性不高,提出了制备硅羟基催化剂和利用苯环对催化剂表面改性来提高纤维素水解葡萄糖选择性的方法。硅羟基作为催化剂活性位点避免了使用酸性前驱体来引入酸性,相比于传统的酸性催化剂制备方法污染更小。苯环改性催化剂提高了传统磺酸类催化剂在纤维素水解中对葡萄糖的选择性,挖掘了传统磺酸类固体酸催化剂的应用潜力,降低了纤维素水解产物分离与提纯的难度。