光熱催化是一種結(jié)合熱催化和光催化優(yōu)點(diǎn)的極具發(fā)展前景的催化方法。

基于此，2024年11月23日，鄭州大學(xué)李宏基副研究員、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所王峰研究員和南京林業(yè)大學(xué)張超鋒在國(guó)際期刊Nature Communications發(fā)表題為《Photothermal catalytic transfer hydrogenolysis of protolignin》的研究論文。

王峰，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員/副所長(zhǎng)，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者（2020）、教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”青年學(xué)者（2016）、國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者（2014），專(zhuān)注于納米金屬氧化物的設(shè)計(jì)制備、C-H/C-O鍵催化活化、烴分子與生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化等研究。

本文通過(guò)原位保護(hù)策略強(qiáng)化的光熱催化轉(zhuǎn)移氫解過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了原木質(zhì)素向芳香化合物的高效轉(zhuǎn)化。

優(yōu)選催化劑Pd/TiO₂在140 °C和UV照射下，Pd/TiO₂催化劑可以催化初級(jí)醇轉(zhuǎn)化為醛和活性H*物種，這些物種進(jìn)一步參與β-O-4連接中1, 3-二醇基團(tuán)的縮醛保護(hù)和C_β-OAr鍵的氫解。

以乙醇為氫供體，樺木木屑原位釋放的木質(zhì)素碎片的轉(zhuǎn)化可產(chǎn)生40 wt%的酚類(lèi)單體產(chǎn)率。

作為對(duì)比，在相同條件下，提取的1, 3-二醇保護(hù)木質(zhì)素的單體產(chǎn)率僅為11 wt%。

進(jìn)一步的機(jī)理驗(yàn)證顯示，體系中光催化和熱催化存在協(xié)同作用，導(dǎo)致目標(biāo)C_β-OAr鍵優(yōu)先于其他C-O鍵裂解，避免副產(chǎn)物和無(wú)效氫解的發(fā)生，提升了整體的解聚效率。

該工作進(jìn)一步也論證了純太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)光熱催化系統(tǒng)的可行性。本研究可為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

圖1：木質(zhì)纖維素中原木質(zhì)素轉(zhuǎn)移氫解催化方法的比較

圖3：木質(zhì)素模型轉(zhuǎn)移氫解的光熱效應(yīng)

Li, H., Sun, X., Li, T.?et al.?Photothermal catalytic transfer hydrogenolysis of protolignin.?Nat. Commun.?15, 10176 (2024).