大连化物所发表光催化生物质转化的综述论文

文章来源:大连化学物理研究所 发布时间:2022/02/14

     近日,我所生物能源化学品研究组(DNL0603)王峰研究员团队受邀发表综述,系统介绍了光催化生物质转化过程中自由基反应的挑战和进展。

  生物质是地球上最丰富的可再生碳资源。发展高效的催化体系可将生物质资源转化为高附加值的化学品和燃料,对实现碳中和、碳达峰目标具有重要意义。光催化可利用光能作为驱动力,在非常温和条件下去驱动化学反应的发生。在光照条件下,被激发的光催化剂可活化生物质底物,产生活泼的自由基中间体,进而实现各类非常有挑战性且重要的转化过程。然而,自由基中间体的高活性也意味着很难去调控其转化,尤其是在结构复杂的生物质底物的转化过程中,不受控的自由基副反应的发生会极大地降低转化的效率。因此,如何控制自由基中间体的反应是实现高效光催化生物质转化的关键科学问题。

  本综述从如何在生物质底物上产生特定的自由基,以及如何调控自由基中间体定向转化两个方面,详细介绍了光催化生物质转化的研究策略和最新进展。生物质底物结构较为复杂,如何活化生物质底物产生特定的自由基是实现其高效转化的先决条件。针对不同的生物质底物,需要结合其结构特点合理设计催化体系,调控底物与催化剂相互作用从而实现其选择性活化。此外,引入合适的外源自由基可以实现一些非常困难的转化过程。自由基中间体的转化直接决定了最终的转化效率,其定向转化依赖于局域催化环境的调控和设计。本综述对高效光催化生物质转化体系的设计具有重要的指导意义。

  王峰团队一直致力于温和条件下生物质的高效转化利用,包括木质素(ACS Catal.,2018;ACS Catal.,2018;ACS Catal.,2018;ACS Catal.,2019;ACS Catal.,2020)、生物质平台化合物(Nat. Energy,2019)、多元醇(Nat. Commun.,2020;J. Am. Chem. Soc.,2021;Chem.,2021;Joule,2021)、油脂(Nat. Catal.,2020)、低碳发酵液(Nat. Commun.,2018;Appl. Catal. B,2022)等可再生生物质原料。团队也曾受邀发表了一系列关于木质纤维素转化的综述(Adv. Mater.,2018;Acc. Chem. Res.,2020;Chem. Soc. Rev.,2020;Chem. Soc. Rev.,2020)。

  该综述以“Radical generation and fate control for photocatalytic biomass conversion”为题,于近日发表在Nature Reviews Chemistry上。该综述的第一作者是我所DNL0603的博士研究生黄志鹏。上述工作得到了国家自然科学基金、科技部中意合作项目等项目的资助。(文/图 黄志鹏)

  文章链接:https://www.nature.com/articles/s41570-022-00359-9