生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域研究新進(jìn)展

 華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院王艷芹教授課題組近期在生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，《自然-通訊》近日以“Selective production of arenes via direct lignin upgrading over aniobium-based catalyst” （Ru/Nb2O5催化劑上木質(zhì)素選擇性催化轉(zhuǎn)化到芳香烴）（https://www.nature.com/articles/ncomms16104）為題，在線報道了該工作。

    木質(zhì)素是唯一大量存在的具有天然芳香環(huán)結(jié)構(gòu)的可再生資源，是木質(zhì)生物質(zhì)的三大組分之一，占木質(zhì)生物質(zhì)質(zhì)量的25-35%、能量的40%左右。其特點在于它是一種無定形的芳香性高聚物，由C-C和C-O鍵組成三維交聯(lián)的穩(wěn)固結(jié)構(gòu)，且在解聚過程中容易生成新的C-C鍵而聚合成大分子。因此，傳統(tǒng)催化劑用于木質(zhì)素轉(zhuǎn)化只能將木質(zhì)素降解為酚類單體，產(chǎn)物組成十分復(fù)雜，難以分離而無法作為精細(xì)化學(xué)品使用。本研究利用Ru/Nb2O5作為雙功能催化劑，首次實現(xiàn)了溫和條件下木質(zhì)素到芳烴的高效轉(zhuǎn)化：木質(zhì)素單體的轉(zhuǎn)化率接近理論值，烴類質(zhì)量收率達(dá)到了35.5 wt%，芳烴選擇性高達(dá)71 wt%。該過程既保留了芳香官能團(tuán)，可直接作為高密度航空煤油組分使用，又降低了氫耗。研究人員在深入研究后發(fā)現(xiàn)，Ru/Nb2O5催化劑兼具木質(zhì)素解聚和脫氧加氫的作用，該成果對木質(zhì)素的有效利用具有非常重要的現(xiàn)實意義。

    該論文第一作者為博士生邵益，通訊聯(lián)系人為王艷芹教授和英國曼徹斯特大學(xué)楊四海博士。英國STFCRutherford Appleton Laboratory和美國Oak Ridge NationalLaboratory的科學(xué)家也參與了該課題研究。這也是繼王艷芹教授和楊四海博士在原生生物質(zhì)一步轉(zhuǎn)化制備液體烷烴之后（Nature Communications, 2016, DOI: 10.1038/ncomms11162），在木質(zhì)素解聚、氫解反應(yīng)中獲得的突破性進(jìn)展。

    該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重大研究計劃“碳基能源轉(zhuǎn)化利用的催化科學(xué)”以及青年基金的資助。