廈門大學(xué)教授王野課題組和程俊課題組合作，發(fā)現(xiàn)并利用量子點(diǎn)催化劑對(duì)木質(zhì)素特定化學(xué)鍵的高效活化性能，首次實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光照射下原生木質(zhì)素在溫和條件下的完全轉(zhuǎn)化。相關(guān)成果近日在線發(fā)表于《自然—催化》。

木質(zhì)素是自然界儲(chǔ)量最豐富的芳香化合物之源，其化學(xué)鍵鏈結(jié)構(gòu)中β-O-4鍵占60%，選擇性地切斷該鍵是獲得高值芳香化合物單體的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，可見(jiàn)光照射下，CdS納米粒子在室溫條件下即可高效催化木質(zhì)素模型分子中β-O-4的斷鍵，其效率高于傳統(tǒng)的高溫?zé)岽呋w系。

然而，當(dāng)以真實(shí)生物質(zhì)(樺木)為原料時(shí)，CdS納米粒子基本無(wú)法催化轉(zhuǎn)化其中的原生木質(zhì)素。其主要原因是原生木質(zhì)素在溫和條件下幾乎不溶于任何溶劑，使得反應(yīng)物(原生木質(zhì)素)和多相催化劑無(wú)法實(shí)現(xiàn)分子水平上的有效接觸。

研究人員發(fā)現(xiàn)并充分利用了CdS納米粒子量子點(diǎn)的膠體特性，通過(guò)調(diào)節(jié)量子點(diǎn)的表面活性劑和所使用的溶劑，使量子點(diǎn)高分散或近似溶于溶劑中。結(jié)果顯示，在可見(jiàn)光照射下，得到了84%的理論芳香化合物單體產(chǎn)率。進(jìn)一步通過(guò)弱酸催化水解半纖維素，獲得84%的木糖產(chǎn)率;通過(guò)酶解纖維素，獲得91%的葡萄糖產(chǎn)率，最終實(shí)現(xiàn)了木質(zhì)纖維素的全利用。