李雪辉课题组：实现木质素高选择性转化制备高附加值化学品

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华南理工大学化学与化工学院李雪辉课题组相关成果以“Selective Production of Diethyl Maleate via Oxidative Cleavage of Lignin Aromatic Unit”为题，发表于Chem期刊。论文第一单位为华南理工大学，通讯作者为李雪辉教授和牛津大学Edman Tsang教授，共同第一作者为蔡镇平博士和龙金星副研究员。
　　该成果为木质素选择性转化为高附加值产品提供了一种取代石油基原料的新路径。论文发表后，中国科学院化学研究所韩布兴院士在Green Energy & Environment期刊上对该成果进行专文亮点评述。

　　当前绝大多数含碳的大宗化学品，均是以石油、煤等不可再生的化石资源为原料，通过复杂转化过程获得，由此带来温室效应、气候变迁及环境污染等一系列问题。由于生物质资源具有来源广泛、可再生以及组成元素与当前大宗有机化学品接近等特点，发展生物质高效转化为高附加值化学品的技术意义重大。
　　木质素是生物质的重要组分，也是工业制浆造纸和生物乙醇生产过程产量巨大的副产物。但木质素结构复杂，难以解聚且选择性低，是生物质高效应用的瓶颈。在化学工业上，马来酸酯是一类重要的大宗化学品，传统方法是通过苯或丁烷等石油基原料的氧化来生产，存在选择性有待提高、安全及环境压力大等问题。对此，李雪辉教授团队通过发展新型催化剂体系，提出选择性打破木质素分子内含苯环的结构单元并耦合原位酯化等强化模式，发展木质素高效解聚并选择性转化为马来酸二乙酯的新路线。在研究过程中，通过XAS、PXRD等分析发现，过渡金属离子的部分取代，可导致磷钨酸Pcca结构转变为Pncn结构，在氧化反应过程6配位的W/Cu结构转变为5配位W/Cu结构，是该过程的催化氧化活性中心，5配位的W/Cu结构在氧化反应过程中提供空轨道与氧气结合重新转化为扭曲的6配位结构来实现高活性氧化过程。而催化剂的高温溶解、低温析出的特性，又可以解决生物质大分子与催化剂难以接触以及回收利用等问题。
　　据介绍，Chem是Cell的姊妹刊，2019年影响因子为18.2，该期刊每年出版12期，每期出版不超过15篇论文。（图文/通讯员 蔡镇平 曾强 化学与化工学院 编辑/余芳婧）


       什么是木质素？
       木质素是三种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，为次生壁主要成分 。木质素主要位于纤维素纤维之间， 起抗压作用。在木本植物中，木质素占25%，是世界上第二位最丰富的有机物（纤维素是第一位）。由于自然界中木质素与纤维素、半纤维素等往往相互连接，形成木质素-碳水化合物复合体（Lignin-Carbohydrate Complex），故目前没有办法分离得到结构完全不受破坏的原本木质素。

　　李雪辉，华南理工大学教授、博士生导师。长期从事多相催化、生物质高效转化等领域的研究工作。近年来在Chem、Applied Catalysis B, Journal of Catalyst、Chemical Engineering Science、Green Chemistry、ChemSusChem等化工与催化顶级期刊发表SCI论文30余篇。