近日，我校材料學院宋國勇教授團隊在ACS Cayalysis（一區，TOP期刊，IF="12.9）發表題為“Atomically dispersed palladium driving reductive catalytic fractionation of lignocellulose into alkene-functionalized phenols”的研究論文。
木質素是自然界中唯一一種可再生的芳香碳氫資源，占地球上有機碳總量的30%左右，是一種替代或補充化石資源的理想原料。近年來，還原催化分餾（RCF）或“木質素優先”策略被證明是木質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鍵的天然木質素高效解聚成酚類單體，同時碳水化合物保留在固體殘渣中。然而，當前該催化體系中通常采用高負載量貴金屬催化劑（5-20 wt%），存在成本高、金屬原子利用效率低、酚類單體產物選擇性調控難等問題，阻礙了其大規模應用。
材料學院生物質催化轉化團隊報道了一種超低負載量、原子級分散的金屬鈀催化劑（Pd/ZnO/C），可以高效解聚木質纖維素制備高附加值產品。當Pd/ZnO/C催化劑用于樺木還原催化降解時，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原子在單次反應中最高可以催化制備375個摩爾酚類單體產物（TON="375" mol酚類單體 mol鈀-1），其催化效率比商業催化劑Ru/C提高近46倍。在木質素酚類單體產物中，丙烯基取代愈創木酚和紫丁香酚的選擇性高達62 mol%，易于后續分離純化；同時纖維素、半纖維素保留率分別為92 wt%和70 wt%。5次催化循環實驗結果表明Pd/ZnO/C催化劑具有良好的穩定性和重復使用性。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-丙烯愈創木酚為底物，直接合成了一種可用于藥物研發的天然產物（二苯乙烯）。基于一系列模型化合物結果，本研究提出了β-O-4結構中Cα-OH和Cβ-O鍵協同斷裂的木質素催化降解路徑。
圖1. Pd/ZnO/C還原催化降解樺木示意圖
本研究設計了一種高效、經濟的木質素催化轉化制備功能化酚類單體的策略，為木質素高值利用提供了理論基礎。
材料學院青年教師王水眾為論文第一作者和通訊作者，宋國勇教授為共同通訊作者，該工作得到國家自然科學基金（22208024）、博士后科學基金（2023T160054, 2022M71040）、中央高校基本科研業務費（BLX202133）資助。
