文獻快訊：JACS 分子助催化劑實現木質素太陽能重整可調選擇性

【成果掠影 & 研究背景】

木質素作為木質纖維素生物質的主要芳香族聚合物，是生產可持續基礎化學品的重要資源，但其復雜且惰性的結構使得選擇性升級回收面臨挑戰。傳統光催化系統在木質素轉化中常受限于產物選擇性差、有機溶劑依賴以及可擴展性不足等問題，尤其在純水溶液中的高效選擇性系統尤為缺乏。太陽能驅動的重整技術為木質素轉化提供了溫和條件下的新途徑，但如何精確調控光生載流子路徑以實現多樣化產物輸出仍是關鍵難題。

本研究開發了一種基于ZnIn?S?（ZIS）的混合光催化系統，通過引入分子助催化劑實現了產物選擇性的精準調控。在濃縮太陽能照射下（5 sun），系統將木質素模型化合物2-苯氧基-1-苯基乙醇（PP-ol）的轉化路徑從ZIS單獨作用時的苯酚和苯乙酮（產率近90%）轉向ZIS/NiP體系的H?和2-苯氧基-1-苯基乙酮（PP-one）協同生產，H?轉化數（TON_H?）高達120。進一步集成CO?還原助催化劑（如NitpyP或甲酸脫氫酶FDH），可在CO?飽和溶液中定向生產合成氣（H?/CO，TON_syngas=48）或甲酸鹽（TON_formate=2200）。系統在戶外真實陽光下穩定運行兩天，太陽能加熱至約60°C顯著提升了性能與選擇性，為木質素資源化提供了高效水性平臺。

【創新點 & 圖文摘要】

創新點：

• 構建ZIS基混合光催化系統，通過分子助催化劑精準調控光生電子路徑，實現產物選擇性從C–O鍵斷裂到H?、合成氣或甲酸鹽的多樣化輸出。

• 在純水溶液中實現高效木質素轉化，避免有機溶劑使用，提升系統環境友好性與可擴展性。

• 利用磷酸化鎳分子助催化劑（NiP）高效提取ZIS導帶電子，促進質子還原產H?，同時氧化PP-ol至PP-one，實現電子-空穴協同利用。

• 通過助催化劑工程（如NitpyP或FDH）拓展CO?還原功能，實現木質素與CO?共轉化，生成高價值合成氣或甲酸鹽。

• 系統在戶外真實光照下表現出強魯棒性，太陽能熱效應（升溫至60°C）與光強波動適應性顯著，支持實際環境應用。

• 結合光電化學阻抗譜與石英晶體微天平技術，揭示助催化劑與ZIS界面電荷轉移機制及吸附動力學，為理性設計提供依據。

Fig. 1: ZIS的表征（結構、光譜與電化學性能分析）

Fig. 2: 使用ZIS和ZIS/NiP的光催化PP-ol轉化性能

Fig. 3: 戶外實驗環境參數與催化性能

Fig. 4: ZIS基系統光催化CO?還原性能

Fig. 5: 可調反應路徑的連續太陽能重整實驗

【總結 & 原文鏈接】

本研究成功構建了一種基于ZIS的混合光催化平臺，通過分子助催化劑工程實現了木質素太陽能重整中產物選擇性的靈活調控。該系統在純水環境中高效驅動木質素模型物及真實木質素轉化，同步實現H?、合成氣或甲酸鹽的定向生產，且戶外測試驗證了其在實際光照條件下的穩定性與適應性。工作揭示了光生載流子路徑調控與界面電荷轉移的協同機制，為生物質資源化與CO?利用提供了多功能光催化策略，未來可通過助催化劑優化與反應器設計進一步推動實際應用。

原文鏈接: https://doi.org/10.1021/jacs.5c11981

聲明：以上內容僅反映作者個人見解，鑒于作者學識所限，若存有不嚴謹之處，請后臺留言指正！

熱忱歡迎各位學術界同仁分享或提交關于光-熱-電能源利用、表界面化學的相關資訊、研究成果及文章，攜手共促領域的繁榮前行：grdn_connect@163.com (推廣合作同號)