近日，我校材料學(xué)院宋國(guó)勇教授團(tuán)隊(duì)在ACS Cayalysis（一區(qū)，TOP期刊，IF="12.9）發(fā)表題為“Atomically dispersed palladium driving reductive catalytic fractionation of lignocellulose into alkene-functionalized phenols”的研究論文。
木質(zhì)素是自然界中唯一一種可再生的芳香碳?xì)滟Y源，占地球上有機(jī)碳總量的30%左右，是一種替代或補(bǔ)充化石資源的理想原料。近年來(lái)，還原催化分餾（RCF）或“木質(zhì)素優(yōu)先”策略被證明是木質(zhì)纖維素全組分利用的一種有效策略，可以將具有豐富β-O-4鍵的天然木質(zhì)素高效解聚成酚類單體，同時(shí)碳水化合物保留在固體殘?jiān)小Ｈ欢?dāng)前該催化體系中通常采用高負(fù)載量貴金屬催化劑（5-20 wt%），存在成本高、金屬原子利用效率低、酚類單體產(chǎn)物選擇性調(diào)控難等問(wèn)題，阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。
材料學(xué)院生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種超低負(fù)載量、原子級(jí)分散的金屬鈀催化劑（Pd/ZnO/C），可以高效解聚木質(zhì)纖維素制備高附加值產(chǎn)品。當(dāng)Pd/ZnO/C催化劑用于樺木還原催化降解時(shí)，可以得到40.7 wt%的酚類單體，接近其理論單體得率；每摩爾金屬Pd原子在單次反應(yīng)中最高可以催化制備375個(gè)摩爾酚類單體產(chǎn)物（TON="375" mol酚類單體 mol鈀-1），其催化效率比商業(yè)催化劑Ru/C提高近46倍。在木質(zhì)素酚類單體產(chǎn)物中，丙烯基取代愈創(chuàng)木酚和紫丁香酚的選擇性高達(dá)62 mol%，易于后續(xù)分離純化；同時(shí)纖維素、半纖維素保留率分別為92 wt%和70 wt%。5次催化循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Pd/ZnO/C催化劑具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性。鑒于丙烯基酚類單體的高得率與高選擇性，本研究以分離的4-丙烯愈創(chuàng)木酚為底物，直接合成了一種可用于藥物研發(fā)的天然產(chǎn)物（二苯乙烯）。基于一系列模型化合物結(jié)果，本研究提出了β-O-4結(jié)構(gòu)中Cα-OH和Cβ-O鍵協(xié)同斷裂的木質(zhì)素催化降解路徑。
圖1. Pd/ZnO/C還原催化降解樺木示意圖
本研究設(shè)計(jì)了一種高效、經(jīng)濟(jì)的木質(zhì)素催化轉(zhuǎn)化制備功能化酚類單體的策略，為木質(zhì)素高值利用提供了理論基礎(chǔ)。
材料學(xué)院青年教師王水眾為論文第一作者和通訊作者，宋國(guó)勇教授為共同通訊作者，該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金（22208024）、博士后科學(xué)基金（2023T160054, 2022M71040）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（BLX202133）資助。
