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王野教授、程俊教授课题组发展了可控光催化生物质选择转化方法
发布时间:2020年09月29日 来源: 责任编辑:杜筠

化学化工学院王野教授课题组与程俊教授课题组合作,在生物质光催化选择转化方面取得重要突破。研究团队发展了一种调控TiO2表面结构以控制生物质转化途径的新方法,率先实现多种木质纤维素平台分子的光催化还原选择性调控,获得高产率的加氢产物(精细化学品)或偶联产物(燃料前驱体)。相关成果“Selectivity control in photocatalytic valorization of biomass-derived platform compounds by surface engineering of titanium oxide”发表于Chem (Chem 2020, DOI: 10.1016/j.chempr.2020.08.014)。

木质纤维素及其平台分子多为富官能团化合物,其转化路径多样且选择性难控制。木质纤维素平台分子定向转化高产率制备目标产物是生物质利用领域的一大挑战。王野教授团队一直致力于生物质及其平台分子选择性催化转化方向的研究,发展了一系列生物质转化利用的新路线和高效催化体系(Nat. Commun. 2013, 4, 2141; ACS Catal. 2014, 4, 2175; Green Chem. 2018, 20, 735;Nat. Catal. 2018, 1, 772; ACS Catal. 2019, 9, 8443; ChemSusChem 2019, 12, 5023; Chem. Soc. Rev. 2020,49, 6198)。光催化可实现温和条件下的高选择性化学转化,近年来光催化生物质高值化利用已经发展成为新兴研究领域。由于底物的吸附/活化和反应过程均发生在催化剂表面,因此产物的选择性一般由催化剂表面性质决定。然而当前有关光催化选择性与半导体光催化剂表面性质的认识相对有限。发展反应路径可控的生物质平台分子转化光催化体系对于生物质高效利用及高选择性光催化剂设计均具有重要意义。

王野教授课题组最近研究发现,廉价、稳定且环境友好的TiO2半导体可高效催化多种木质纤维素平台分子的可控还原转化。光催化还原产物选择性强烈依赖于TiO2的暴露晶面。主要暴露锐钛矿{001}晶面的TiO2对加氢反应有高选择性,加氢产物的选择性均大于75%。而主要暴露金红石{110}晶面的TiO2则可高效催化偶联反应,偶联产物选择性高于80%。进一步与程俊教授课题组合作,对反应机理开展了深入研究。理论与实验研究共同揭示,不同晶面反应过程中原位生成的氧空位浓度差异是决定反应选择性的关键。氧空位可通过与表面反应物之间的相互作用,改变反应物及中间体的分子内电荷分布和吸附能,进而调控产物选择性。

该论文第一作者为化学化工学院2015级博士毕业生吴雪娇、2015级博士毕业生李洁琼和固体表面物理化学国家重点实验室谢顺吉博士。论文中相关研究工作得到国家自然科学基金(21690082、21972115)等项目的资助。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929420304241

(化学化工学院)


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