廈門大學教授王野課題組和程俊課題組合作, 發現並利用量子點催化劑對木質素特定化學鍵的高效活化性能, 首次實現了可見光照射下原生木質素在溫和條件下的完全轉化. 相關成果近日線上發表於《自然—催化》.
木質素是自然界儲量最豐富的芳香化合物之源, 其化學鍵鏈結構中β-O-4鍵佔60%, 選擇性地切斷該鍵是獲得高值芳香化合物單體的關鍵. 研究發現, 可見光照射下, CdS納米粒子在室溫條件下即可高效催化木質素模型分子中β-O-4的斷鍵, 其效率高於傳統的高溫熱催化體系.
然而, 當以真實生物質 (樺木) 為原料時, CdS納米粒子基本無法催化轉化其中的原生木質素. 其主要原因是原生木質素在溫和條件下幾乎不溶於任何溶劑, 使得反應物 (原生木質素) 和多相催化劑無法實現分子水平上的有效接觸.
研究人員發現並充分利用了CdS納米粒子量子點的膠體特性, 通過調節量子點的表面活性劑和所使用的溶劑, 使量子點高分散或近似溶於溶劑中. 結果顯示, 在可見光照射下, 得到了84%的理論芳香化合物單體產率. 進一步通過弱酸催化水解半纖維素, 獲得84%的木糖產率; 通過酶解纖維素, 獲得91%的葡萄糖產率, 最終實現了木質纖維素的全利用.
