厦门大学教授王野课题组和程俊课题组合作, 发现并利用量子点催化剂对木质素特定化学键的高效活化性能, 首次实现了可见光照射下原生木质素在温和条件下的完全转化. 相关成果近日在线发表于《自然—催化》.
木质素是自然界储量最丰富的芳香化合物之源, 其化学键链结构中β-O-4键占60%, 选择性地切断该键是获得高值芳香化合物单体的关键. 研究发现, 可见光照射下, CdS纳米粒子在室温条件下即可高效催化木质素模型分子中β-O-4的断键, 其效率高于传统的高温热催化体系.
然而, 当以真实生物质 (桦木) 为原料时, CdS纳米粒子基本无法催化转化其中的原生木质素. 其主要原因是原生木质素在温和条件下几乎不溶于任何溶剂, 使得反应物 (原生木质素) 和多相催化剂无法实现分子水平上的有效接触.
研究人员发现并充分利用了CdS纳米粒子量子点的胶体特性, 通过调节量子点的表面活性剂和所使用的溶剂, 使量子点高分散或近似溶于溶剂中. 结果显示, 在可见光照射下, 得到了84%的理论芳香化合物单体产率. 进一步通过弱酸催化水解半纤维素, 获得84%的木糖产率; 通过酶解纤维素, 获得91%的葡萄糖产率, 最终实现了木质纤维素的全利用.
