一米阳光催化，百变木质纤维学术资讯

来源：RSC英国皇家化学会

近日，厦门大学王野教授研究团队与中科院大连化学物理研究所王峰研究员课题组应邀合作在英国皇家化学会综述类期刊 Chemical Society Reviews 上发表综述文章，全面总结了新兴的太阳能驱动木质纤维素转化制化学品领域的研究进展，详细讨论了木质纤维素相关分子选择性断键和官能团定向活化的光催化反应机理，并对当前挑战和未来发展方向做出了深入思考和前瞻性展望。该论文已被选为封面论文发表。

光催化生物质转化

木质纤维素由多糖（纤维素、半纤维素）和木质素组成，占地球上植物类生物质的 90%，是最主要的可再生碳资源。木质纤维素各组分均为富官能团化大分子，具有高氧/碳比。将木质纤维素转化成化学品，特别是具有高附加值的有机含氧化合物，是生物质转化利用的理想途径之一（图 1）。温和条件下 C−O、C−C 键的选择性断键和特定官能团的定向活化是木质纤维素转化制高值化学品的关键。光催化可实现温和条件下的高效高选择性化学转化。近年来，国内外多个研究团队通过光催化方法，在选择性切断多糖和木质素大分子的 C−O、C−C 键，高效活化木质纤维素衍生平台分子中的特定官能团等方面取得突破，光催化木质纤维素转化制化学品已发展成为生物质高效利用的新兴研究领域。

图 1. 木质纤维素结构和常见化学品的官能团化程度及价值

本篇综述

本篇综述首先从原理上解析了光催化在木质纤维素转化制高值化学品过程中的优势。传统生物质催化转化过程通常需要高温条件以克服反应所需活化能垒。加热是非选择性的能量传递方式，可能导致目标产物选择性低。而光催化过程通过光能选择性激发催化剂引发，激发的光催化剂有望活化特定化学键，并保留其他官能团，高选择性得到目标产物。多数木质纤维素相关分子转化过程为氧化还原反应，光催化剂吸收光能后可生成具有高氧化还原能力的电荷或者活性物种，取代传统反应过程中需要的化学计量的还原剂/氧化剂，高效驱动反应。光催化独特的反应机制为生物质催化转化提供了更多可能性。

该综述进一步详细介绍了光催化在木质纤维素关键转化中的应用，包括纤维素 C−O 键断键；单糖及其衍生呋喃平台分子中醛/羟基的选择性氧化；单糖 C−C 断键；呋喃平台分子的 C−C 偶联；木质素 C−O、C−C 键断键；木质素衍生芳香醛、芳香酮、酚的 C−C 偶联，C−N 偶联等反应（图 2）。综述重点讨论了木质纤维素相关分子 C 选择性断键和官能团定向活化的光催化反应机理、反应路径、活性物种及中间体等关键科学问题，为高效高选择性的光催化体系设计提供借鉴。

图 2. 光催化木质纤维素转化制化学品

作者最后还对木质纤维素转化制化学品领域的当前挑战和未来发展方向进行分析。总结了光催化仍未涉足的一些重要木质纤维素相关转化过程，指出了现阶段光催化过程中尚待解决的一些问题，并提出了直接转化利用原生木质纤维素而不是预先分离的各个组份、高效利用生物质转化过程中释放的副产物 H2、设计微流反应器等未来的重要研究方向。

来源：rscchina RSC英国皇家化学会

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