为揭示磷酸催化纤维素热解时可以显著促进脱水反应发生的催化机理,以β-D-吡喃葡萄糖为纤维素模型化合物,利用密度泛函理论方法研究了磷酸对其热解脱水反应的作用机理。结果表明:催化热解过程中β-D-吡喃葡萄糖和磷酸通过氢键作用形成多个可能的反应复合物,氢键能够稳定反应复合物结构,不同反应复合物引发β-D-吡喃葡萄糖不同位点的1,2-脱水反应和1,3-脱水反应。与非催化相比,磷酸催化作用下β-D-吡喃葡萄糖的脱水反应活化能显著降低,其中8个位点的1,2-脱水反应活化能降低了79~129 k J/mol,2个位点的1,3-脱水反应活化能降低了28~60 k J/mol。β-D-吡喃葡萄糖发生1,2-脱水反应的活化能更低,比1,3-脱水反应更容易发生,且以4-OH+3-H、1-OH+2-H、3-OH+2-H和3-OH+4-H这4个位点的1,2-脱水反应为主。
