金属基离子液体催化生物质转化研究进展

马浩，蔡滔，黄正宇，陈利利，乔艳辉，滕俊江，纪红兵，3

（1 广东石油化工学院化学学院，广东茂名525000；2 广东石油化工学院化学工程学院，广东茂名525000；3 中山大学化学学院精细化工研究院，广东广州510275）

人类社会的快速发展依赖于对传统化石资源的开发和利用，随着全球人口的增加和科技的发展，导致对碳基化石燃料和化学品的需求量不断加大，从而引起能源安全、环境污染等许多社会问题[1-2]。我国是化石资源匮乏的国家，尤其是石油资源不足，已成为制约我国从发展中国家向发达国家迈进的瓶颈[3]。因此，亟需寻找和开发新型绿色环保、可再生的资源，对于我国的可持续发展和能源安全具有积极的战略意义[4]。

生物质是地球上普遍存在的可再生资源之一，也是唯一有望替代传统化石资源制备碳基化学品和能源化合物的可再生资源。鉴于生物质的分子结构特点，催化转化成为其高值化利用的首选方法，且催化剂的开发是核心[5]。离子液体催化剂因其独特的催化活性和可设计性，以及与生物质分子具有较好的相互作用（氢键），在生物质资源开发和利用领域受到广泛关注[6-7]。然而，生物质催化转化过程中，所利用的离子液体催化剂多为Brønsted 酸（B 酸）型离子液体，具有催化生物质分子解聚、脱水转化的作用，功能相对单一[8]。为了赋予离子液体催化剂更多的优点和实现生物质选择性催化转化，并基于金属中心（Lewis 酸，L 酸）对生物质分子独特的催化活性，将金属中心的催化功能引入离子液体中成为提升离子液体催化功能的有效途径，受到广泛重视，并取得一定进展[9-10]。目前，应用于生物质催化转化的金属基离子液体分为金属氯化物型、多金属氧酸盐型、金属螯合物型（阳离子配合物型）以及离子液体金属盐型，阳离子结构为咪唑基（图1）、吡啶基（图2）、铵盐基（图3）以及其他阳离子（图4）。

图1 咪唑基阳离子及其简写

图2 吡啶基阳离子及其简写

图3 铵盐基阳离子及其简写

图4 其他类型阳离子及其简写

基于此，本文综述了上述金属基离子液体在催化生物质基碳水化合物、木质素、油脂等转化制备碳基化学品、燃料、聚合物产品等过程中的研究进展，对生物质催化转化过程中离子液体催化剂的设计、合成和生物质资源的开发和利用具有较好的指导作用。

1 金属氯化物型离子液体催化剂体系

金属氯化物型离子液体是由离子液体氯盐与金属氯盐（MClx）复合制备的含有金属活性中心的功能化离子液体。金属氯盐（MClx）与离子液体的氯离子（Cl－）进行配位，通过调控两者比例可以制（M2Cl+1）的离子液体催化材料。金属活性中心仍备单金属活性中心（MCl1）和多金属活性中心然具有L 酸性，可以与离子液体阳离子协同作用，共同促进生物质转化。

1.1 金属氯化物型离子液体催化碳水化合物转化形成平台化学品

碳水化合物包括纤维素、半纤维素、淀粉、壳聚糖、蔗糖、葡萄糖等，可以经过水解、异构化、脱水转化等步骤形成平台化学品如5-羟甲基糠醛（HMF）、乙酰丙酸（LA）、甲酸（FA）等，其中催化异构化是制备平台化学品的关键步骤。B酸可以有效催化纤维素等多糖水解、果糖脱水以及HMF水解反应，而催化异构化能力较弱，不能有效催化葡萄糖（多羟基醛）向果糖（多羟基酮）的转化（图5），从而降低了多醛糖制备平台化学品的转化效率[11]。

具有催化异构化功能的催化剂主要有金属盐（L 酸）、碱、酶等[11]。结合离子液体的结构特点，将具有催化葡萄糖异构化功能的金属氯盐引入离子液体中，成为提升离子液体催化异构化功能的必然选择。例如，将ZnCl2、CrCl3引入非酸型离子液体[C4H9mim]Cl 中，制备L 酸型离子液体[C4H9mim][ZnCl3]、[C4H9mim][Zn2Cl5]、[C4H9mim][CrCl4]和[C4H9mim][Cr2Cl7]，耦合ZnCl2及CrCl3对葡萄糖的催化异构化功能[12]。由于Cr3+催化葡萄糖异构化能力较强[13]，含有Cr3+中心的离子液体（[C4H9mim][CrCl4]、[C4H9mim][Cr2Cl7]） 催化葡萄糖转化性能明显优 于[C4H9mim] [ZnCl3] 和[C4H9mim] [Zn2Cl5]， 以[C4H9mim][Cr2Cl7]为催化剂时，HMF 最高产率为68.4%。该类离子液体在催化木糖、木聚糖等转化为糠醛（FF）过程中，同样表现出较好的催化能力。在氯铝酸离子液体（[C4H9mim]Cl-AlCl3）催化木糖脱水转化的反应体系中[14]，Al3+可以催化木糖（醛糖）经过1,2-氢转移过程异构化为木酮糖（图6），FF 产率可达到79.76%，金属活性中心的可控引入成功赋予了离子液体催化异构化功能[15]。

图5 纤维素制备下游化学品的反应路经

图6 ［C4H9mim］Cl-AlCl3催化木糖以及阿拉伯糖形成糠醛机理［14］

此外，离子液体中金属活性中心也具备催化酮糖脱水反应的能力。例如，在DMSO 溶剂体系中，[C6(Mpy)2][NiCl4]中[NiCl4]2－可以高选择性地催化果糖脱水形成HMF，在温和条件下果糖几乎可以定量转化为HMF（95.6%的转化率，95.5%的产率）[16]；[C4H9mim][ZnCl3]、[C4H9mim][Zn2Cl5]、[C4H9mim][CrCl4]和[C4H9mim][Cr2Cl7]均具有催化果糖脱水形成HMF的能力，以[C4H9mim][Zn2Cl5]为催化剂时，HMF 产率可达到96.8%[12]。

然而，该类离子液体虽然能高效催化葡萄糖异构化以及脱水反应，但催化糖苷键（C—O—C）水解能力较弱，在多糖转化反应中，催化性能明显下降[12]。基于此，为了提升该类离子液体催化多糖的转化能力，引入B酸（磺酸基，—SO3H）的催化解聚（水解）功能，制备兼具B酸和L酸活性中心的双酸型离子液体受到广泛关注。

例如，青岛科技大学于世涛课题组[17]设计合成多种B-L双酸型离子液体（[C3H6SO3Hmim]Cl-xZnCl2，[C3H6SO3Hmim]Cl-xFeCl3和[C3H6SO3Hmim]Cl-xCrCl3），并研究其催化蔗糖等低聚糖脱水转化形成HMF 的性能。磺酸基（—SO3H）的引入可以有效提升其催化蔗糖脱水转化的能力，蔗糖的转化效率远高于不含磺酸基的催化剂体系（[C4H9mim]Cl-CrCl3）。以[C3H6SO3Hmim]Cl-xCrCl3(x=0.55)为催化剂时，蔗糖几乎可以完全转化，并有78.7%的HMF 生成；该类型离子液体同样可以催化纤维二糖转化形成LA，在[C3H6SO3Hmim]Cl-xFeCl3(x=0.60)的催化作用下，LA 产率高达67.51%[18]。机理研究表明，L酸中心催化葡萄糖异构化功能与B 酸催化糖苷键（C—O—C）的水解以及果糖脱水转化功能的耦合，是B-L双酸型离子液体中B酸与L酸协同催化作用的体现，且金属中心催化葡萄糖异构化过程是该反应的控速步骤[19]。

B-L双酸型离子液体同样可以催化纤维素等多糖的水解与转化，且L酸中心可以辅助B酸中心对多糖的水解，B 酸和L 酸中心催化功能相互促进，从而实现纤维素等多糖的高效转化[20-21]。

综上所述，双酸型金属离子液体中B 酸和L酸中心优异的协同催化作用，使得该类催化剂在生物质基碳水化合物的高值化利用领域展现出优越的性能，新型B-L 双酸型离子液体催化剂的开发必将促进生物质基碳水化合物资源化利用的快速发展。

1.2 金属氯化物型离子液体催化木质素选择性解聚

木质素是植物生物质的重要组成部分，含量在15%～20%，是由苯丙烷结构单元通过醚键（C—O—C）和碳碳（C—C）键连接而成，具体含有愈创木基丙烷（G）、紫丁香基丙烷（S）和对羟苯基丙烷（H）三种结构单元。金属氯化物型离子液体在木质素催化转化过程中应用较少，但也取得一定进展。例如，华南理工大学李雪辉教授课题组[22]研究了系列L酸型离子液体催化木质素醇解性能，发现[C4H9mim][FeCl4]可以将草本木质素中H结构单元选择性催化裁剪（tailoring），并形成高附加值化学品对羟基肉桂酸甲酯（MPC），木质素中86.0%的H 结构单元被转化，MPC 的选择性达到70.6%。模型化合物对照实验与DFT 计算表明，[FeCl4]-是该催化反应的活性中心，且与木质素酯键之间的能量差相对较小，是H结构单元被选择性催化裁剪的决定性因素（图7）[23]。

Fe3+基低温共熔物催化剂[C2H4OHN(CH3)3]Cl-2FeCl3同样具有选择性催化裁剪木质素中H结构的能力，MPC 的产率达到105.8mg/g，选择性为74.1%[24]。

尽管金属氯化物型离子液体在木质素选择性催化转化方面的研究较少，但已展现出明显的催化特性和应用潜力。

1.3 金属氯化物型离子液体催化转酯化反应

由于金属氯化物型离子液体含有强的B、L酸性位，可以催化油脂进行转酯化反应制备生物柴油（脂肪酸酯）。例如，L 酸型离子液体[C2H4OHN(CH3)3]Cl-2SnCl2可以高效催化大豆油与甲醇之间的转酯化反应[25]，其催化效率明显优于对应的金属氯盐（SnCl2），在优化温度下脂肪酸甲酯的产率高达91.1%，反应结束后呈现相分离现象，有利于催化剂体系的回收使用。在B-L双酸型离子液体[C3H6SO3HN(C2H5)3]Cl-xFeCl3的催化作用下，油脂转酯化效率更高，生物柴油的产率可以达到95%，B 酸（H+）和L 酸（Fe3+）中心对转酯化反应起到协同催化作用[26-27]。

1.4 金属氯化物型离子液体催化其他类型生物质转化

离子液体中活性中心除了可以催化脱水、异构化和酯化反应外，也具备催化不饱和键（C==C）聚合的特性。在催化松香的二聚反应[28]、α-蒎烯的聚合反应[29]和不饱和脂肪酸甲酯的二聚反应[30]中，表现出的催化能力仍然值得关注，表明金属氯化物型离子液体在其他生物质转化领域仍然具有相应的应用潜力。

图7 [Bmim]FeCl4]催化木质素模型物醇解机理[23]

2 多金属氧酸盐型离子液体催化剂体系

多金属氧酸盐型离子液体是阴离子为多金属含氧酸根负离子的功能化离子液体，多金属含氧酸根赋予了离子液体新的功能，如易分离功能、催化氧化功能等。

2.1 多金属氧酸盐型离子液体催化碳水化合物转化形成平台化学品

用于碳水化合物转化的多金属氧酸盐型离子液体的阴离子主要分为磷钨酸型（PW）、硅钨酸型（SiW）、磷钼酸型（PMo） 以及磷钼钒酸型（PMoV）。由于阴离子结构不同，在催化过程中表现的催化行为也有所不同[31]。多金属含氧酸具有多个L 酸性中心，同时也含有多个质子（B 酸位），对生物质基碳水化合物的催化转化表现出良好的催化活性[32]。离子液体阳离子与生物质分子之间具有较好的相互作用[6,33]，将含有磺酸基（—SO3H）的离子液体阳离子与多金属含氧根负离子结合，增加了多金属含氧酸型催化剂与生物质分子之间的相互作用强度，构建出的离子液体在催化单糖（葡萄糖、果糖）转化为平台化学品过程中催化性能稍微有所提升[34-37]，然而并没有达到预期（表1）。引入金属含氧酸根有可能提升离子液体催化剂的回收效率，但在文献中并没有过多提及。

然而，将多金属含氧酸根引入离子液体中，导致催化剂分子量较大，从原子经济性角度考虑，应用性并不突出。如何将阴、阳离子的催化特点引入离子液体中，实现选择性催化转化优势以及产物的功能性，才是多金属氧酸盐型离子液体开发和应用的重点方向。例如，将氨基（—NH2）与离子液体和金属含氧酸根结合，构建同时含有碱性基团（—NH2）和酸性位（H+）的“酸-碱”双功能离子液体催化剂，耦合了—NH2催化葡萄糖异构化为果糖和H+催化果糖脱水形成HMF 的功能，体现出很好的设计性[38]。

多金属氧酸盐型离子液体在催化多糖转化过程中表现出良好的性能（表1）。在PW 型离子液体[C3H6SO3Hmim]H2PW12O40的催化作用下，纤维素可以经过水解、脱水等系列步骤，高效转化为葡萄糖和LA，转化效率明显优于H3PW12O40体系[39]；该类型离子液体同样可以催化纤维素醇解反应，形成乙酰丙酸酯。以[C3H6SO3Hpy]3PW12O40为催化剂，纤维素在甲醇体系中可以完全转化，并形成71.4%的乙酰丙酸甲酯，充分证明离子液体阳离子与纤维素分子较强相互作用的特性[40]。此外，聚合型多金属氧酸盐型离子液体也受到一定关注（图8），并开发出聚（1-乙烯基-3-丙烷磺酸咪唑磷钨酸盐）（poly[C3H6SO3Hvim][PW12O40]n/3）催化剂，应用于催化果糖和葡萄糖转化为HMF[41]。该催化剂催化性能与对应的H3PW12O40相当，但回收使用性能更强。目前，开发的聚合型多金属氧酸盐型离子液体还有[C3H6SO3Him-PEG(400)-C3H6SO3Him]3[PW12O40]2、[C3H6SO3Him-PEG(400)-C3H6SO3Him]3[PMo12O40]2、[C3H6SO3HN(C4H9)2-PEG(400)-C3H6SO3HN(C4H9)2]3[PW12O40]2、[C3H6SO3HN(C4H9)2-PEG(400)-C3H6SO3HN(C4H9)2]3[PMo12O40]2等，在催化果糖转化过程中同样呈现出较好的催化活性[42]。

表1 多金属含氧酸与多金属氧酸盐型离子液体催化活性对比

图8 聚合型离子液体阳离子结构示意图［41-42］

在上述PW 型、SiW 型、PMo 型离子液体催化剂中，多金属含氧酸根阴离子独特的催化特性没能体现。鉴于PMoV杂多酸对生物质的催化转化（氧化）特点[43]，以PMoV 酸根为负离子的磺酸基多金属氧酸盐型离子液体被开发出来。该类型离子充分利用阳离子与生物质的相互作用以及B酸（H+）催化解聚功能，同时耦合了PMoV 酸根催化邻二醇C—C 键断裂的功能，将纤维素选择性催化解聚、氧化形成FA 分子。例如，刘志敏研究员课题组[44]成功制备了系列含有磺酸基团的咪唑基和吡啶基PMoV型多金属氧酸盐型离子液体（[C3H6SO3Hmim]nH4-nPMo11VO40(n=1～4);IL-5:[C3H6SO3Hpy]3HPMo11VO40;[C3H6SO3HN(C2H5)3]3HPMo11VO40）。催化氧化纤维素制备FA过程中，[C3H6SO3Hmim]3HPMo11VO40催化氧化效率最高，在优化条件下，FA 的产率达到51.3%， 远 高 于 传 统H4PMo11VO40催 化 体 系（35.5%）。在该催化剂中，阴离子中的钒（V5+/V4+）是催化氧化活性中心，经过“电子转移-氧转移”（ET-OT）将纤维素水解产物葡萄糖中的邻二醇结构定向氧化成FA 和CO2（图9）[45]。然而，纤维素在B酸催化作用下，可经过水解、异构化、脱水转化等过程形成FA，与经过水解、氧化反应形成的FA 之间存在竞争机制（图5 和图9）。如何调控纤维素的水解过程（B酸催化作用）与水解产物葡萄糖的氧化过程（PMoV 酸根催化作用）相互耦合和协同，对于提高纤维素选择性催化氧化效率至关重要。

综上所述，多金属氧酸盐型离子液体在生物质基碳水化合物催化转化过程中呈现出一定的优势，通过调整多金属含氧酸根的结构可以调控相应催化剂的催化特性和产物特点，有利于实现纤维素等碳水化合物的选择性催化转化。

2.2 多金属氧酸盐型离子液体催化木质素选择性转化

部分科研工作者将多金属含氧酸与磺酸功能化离子液体进行复合，构建“多金属含氧酸-B 酸型离子液体”复合催化剂体系，耦合二者催化功能。例如，De Gregorio等[46]将H5PV2Mo10O40与[Hbim][HSO4]进行复合，构建双功能H5PV2Mo10O40-[Hbim][HSO4]复合催化剂体系，并将木质素在O2氛围内催化氧化形成香兰素和丁香醛等芳香化学品；Shi 等[47]构建的K10P2W17O61-[C2H5mim]HSO4体系可以在H2O2中选择性催化氧化木质素形成系列小分子含氧化学品。与复合催化剂体系不同，李雪辉教授课题组设计了系列多金属氧酸盐型离子液体（[C4H8SO3Hmim]MPW12O40，M=Na+,Mn2+,Co2+,Ni2+,Cu2+）[48]。在研究催化木质素氧化过程中发现，该类型离子液体可将木质素选择性催化氧化并串联酯化反应形成高附加值化学品马来酸二乙酯， 以[C4H8SO3Hmim]CuPW12O40为催化剂，目标产品的产率达到404.8mg/g，选择性为72.7%[48]，充分体现催化剂中阴、阳离子的多功能性。

2.3 多金属氧酸盐型离子液体催化（转）酯化反应

多金属氧酸盐型离子液体在（转）酯化反应中呈现出催化效率高、易回收使用等优点。早在2009年，南京工业大学的王军教授报道了三种具有磺酸基团的PW型离子液体催化剂（[C3H6SO3Hmim]3PW12O40,[C3H6SO3Hpy]3PW12O40,[C3H6SO3HN(C2H5)3]3PW12O40）[49]，并研究其催化生物质基有机酸（柠檬酸、乳酸、琥珀酸等）与丁醇之间的酯化反应，反应结束后，呈现出明显的相分离特点（图10）。

图9 催化氧化机理［45］

图10 ［C3H6SO3Hmim］3PW12O40催化柠檬酸与正丁醇酯化反应过程［49］

该类催化剂在催化长碳链脂肪酸与甲醇酯化反应以及油脂转酯化反应制备生物柴油方面仍然取得较好的进展[50-53]。例如，[C4H8SO3Hmim]4SiW12O40可以催化油酸与甲醇的酯化反应，且重复使用过程中活性未见下降[50]。过程影响因素分析表明，在[C3H6SO3Hmim]2HPW12O40催化的酯化反应中，最优的反应条件是醇、酸物质的量比为13，催化剂用量为7%，温度为80℃，反应时间为5h，生物柴油的最高产率为91.8%[51]。在催化油脂的转酯化反 应 中， [Hmim]4PMo11VO40、[Hmim]5PMo10V2O40、[Hmim]6PMo9V3O40等均表现出良好的催化效率[54]，以[C4H8SO3Hpy]3PW12O40为催化剂，动力学分析结果与实验数据拟合度较好，对转酯化实验结果的预测具有一定帮助[55]。

2.4 多金属氧酸盐型离子液体催化其他类型生物质

多金属氧酸盐型离子液体在其他类型生物质资源的利用方面仍有一定的应用，目前已开发出的催化剂主要有[C3H6SO3Hmim]2Sm0.33PW12O40[56]和[C3H6SO3Hmim]2Mn0.5PW12O40[57]，分别用于催化松香二聚反应和α-蒎烯异构化以及聚合反应。含有MoV金属中心的[CH2CH2OHN(CH3)3]5PV2Mo10O40则用于淀粉的选择性催化氧化反应，产物为功能化淀粉材料。该催化剂对反应温度比较敏感，呈现出较好的“温度调控自分离”现象（图11），具有简单、方便回收使用的优点[58]。

图11 温度调控［CH2CH2OHN（CH3）3］5PV2Mo10O40催化剂自分离［58］

整体而言，多金属氧酸盐型离子液体在生物质催化转化过程中具有一定的优势，如何将离子液体阳离子与多金属含氧酸根进行搭配，并充分耦合二者的优势，提高目标产物的选择性和功能性，是该类型催化剂开发利用的趋势。

3 金属螯合物型离子液体催化剂体系

金属螯合物型离子液体有阴离子型和阳离子型之分，浙江大学李浩然教授课题组对阴离子型研究较多，并对其进行综述[59]。该阴离子型离子液体主要是以金属中心与配体形成的配合负离子为离子液体的阴离子，与阳离子结合后即可形成配阴子型金属螯合物型离子液体，在无机材料领域得到广泛应用[59]；而阳离子型金属螯合物型离子液体则是离子液体阳离子上的配原子与金属中心形成螯合物阳离子的离子液体（图12）。中山大学的纪红兵教授团队[60]结合本课题组前期关于卟啉基离子液体的研究基础，制备了含有Sn4+的螯合型金属离子液体催化剂([C8H17im-Sn(salen)-C8H17im]2Br2)，并催化果糖等碳水化合物选择性醇解制备乳酸甲酯。催化剂中Sn4+可以有效催化逆醇醛（retro-aldol）反应，是果糖C—C键断裂、异构化形成乳酸甲酯的活性中心，在优化反应条件下，目标产物的产率为68.9%；Hu等[61]则构建具有Co-席夫碱结构特点的离子液体催化剂([py-Co(salen)-py]2[PF6]2)，该催化剂可以催化木质素下游化学品4-甲基愈创木酚选择性氧化制备香兰素。

图12 金属螯合型离子液体［60-61］

由于配体（配原子）对该类型催化剂金属中心的保护作用（空间位阻），有可能会抑制金属中心与较大分子结构的生物质分子（纤维素、木质素）之间的相互作用，影响其在生物质大分子催化转化方面的应用。

4 离子液体金属盐型催化剂体系

离子液体金属盐是指金属离子与含有磺酸基的离子液体结合，将金属离子引入离子液体整体结构中，不同于离子液体与金属盐的简单混合[46-47]。该类离子液体组成稳定，兼具L 酸和B 酸的催化功能。例如，将Fe2(SO4)3引入离子液体[C4H8SO3Hmim]HSO4中，构 建[C4H8SO3Hmim]HSO4-Fe2(SO4)3催 化剂，可用于喜树籽油的转酯化反应[62]；将Cr3+引入含有—SO3H 基的聚合型离子液体(poly[C3H6SO3Hvim][PW12O40]n/3-xCrCl3、poly[C3H6SO3Hvim]ClxCrCl3)中，可用于催化葡萄糖脱水转化反应[63]。引入的金属离子与B 酸离子液体催化功能相互耦合，提高了生物质原料的选择性转化效率。

5 固载型金属离子液体催化剂体系

将金属基离子液体固体化，制备固载型离子液体催化剂有利于提高其回收效率和重复使用性能（图13）。目前，载体主要有SiO2[50]、MOFs（MIL-100(Fe)、UiO-66-2COOH）[64-65]、聚合物[53,66]等。例如，多金属氧酸盐型离子液体固定于SiO2上（SiO2@[C4H8SO3HSim]4SiW12O40），在催化油酸的酯化反应过程中表现出良好的稳定性和重复使用性[50]；通过MOFs受限的多金属氧酸盐型离子液体，在催化油脂的转酯化反应中活性与相应多金属氧酸盐型离子液体相当，且回收方便，重复使用性能优异[64-65]；此外，磁性载体更有利于催化剂的回收使用[53]，因此在固载型离子液体的开发过程中，需要设计制备功能突出的催化剂载体，提高其应用性。

图13 负载型离子液体阳离子结构［50，53，66］

6 结语与展望

综上所述，金属基离子液体催化剂在生物质资源开发和利用方面具有一定优势，并取得相应进展，对生物质资源的高值化具有积极意义。然而，金属基离子液体开发和利用过程中，对于离子液体的结构以及金属中心的引入并没有给予足够的设计理念，尤其是在催化生物质基碳水化合物和木质素选择性转化方面，没能充分利用金属活性中心与离子液体结构特点在催化过程中的优势，导致定向催化效率并不理想。因此，为了提高生物质资源的利用效率，需在以下方面进行更深入的研究。

（1）催化剂设计方面，针对不同类型的生物质分子结构特点和产物要求，并充分利用离子液体阳离子结构与生物质分子较强相互作用的优势以及金属中心的催化性能，构建选择性好、协同催化能力强的金属基离子液体，体现催化剂设计的理念。

（2）催化机理方面，充分利用新型的表征方法和研究手段对生物质分子选择性催化转化过程中的反应动力学和过程机理进行研究，探索生物质分子在催化剂活性中心的作用下化学键的形成与断裂行为，明确金属基离子液体催化生物质分子的作用机制，有助于新型催化体系的开发和工业化应用。

总之，生物质资源的高值化利用还处在发展阶段，新型多功能催化剂的开发将起到至关重要的作用。金属基离子液体催化材料因其独特的催化活性和可设计性特点，在生物质利用过程有望产生重要影响，对可再生生物质资源的高值化利用具有重要的借鉴意义。