生物质被认为是化石燃料最具潜力的用于生产高附加值化学品的替代品之一，其中木质纤维素中的木质素是可再生芳香族化合物的最大来源。因此，木质素的高附加值转化已经成为实现化学品可持续生产的重要手段。然而，在实际工业生产中，木质素往往被视为废弃物被排放或焚烧，这不仅造成了环境污染还忽视了木质素的巨大潜在价值。Cβ-O键是木质素结构中芳香单元之间的主要连接键，占40%以上，键的高效断裂能够通过催化的方式来实现。相较于热催化解聚木质素，光催化的断键选择性更好，因其独特的反应活性物种及温和的反应条件。基于此，光催化剂的构筑是实现木质素高效选择性解聚的关键。近年来，对光催化剂缺陷工程的研究吸引了大量的关注，缺陷的引入能够促进光吸收以及光生载流子的分离和传输。更重要的是，缺陷能够作为特定的反应活性位点来吸附和活化反应物，从而降低反应能垒，最终从动力学和热力学角度促进反应的进行。例如，氧空位能够通过吸附并活化O2来促进活性氧物种的产生。考虑到活性氧物种在木质素的光催化选择性断键中具有特定的作用，因此有必要阐明催化剂缺陷工程与木质素光催化解聚性能之间的关系。
我院化工系博士研究生戴丁亮在国际催化权威期刊《ACS Catalysis》上发表题为"Defect Engineering Promoted Photocatalysis for Lignin Depolymerization: Performance and Mechanism Insight"(ACS Catal. 2023, 13, 14987-14995. doi: 10.1021/acscatal.3c03462)的研究文章。该论文设计并构筑了富含氧空位的ZIF-8-NH2@Bi/Bi2MoO6复合材料用于木质素模型物2-苯氧基-1-苯乙醇的光催化解聚，阐明了氧空位对木质素Cβ-O键的高效选择性断裂机制。研究结果表明，氧空位能够有效促进O2的吸附和活化来产生1O2。1O2是Cβ-O键断裂生成苯酚和乙酰苯的主要活性物种，而光生空穴只能将2-苯氧基-1-苯乙醇转化为2-苯氧基-1-苯乙酮。
本文通讯作者为化工院姚建峰教授和青年教师邱健豪，博士生戴丁亮为第一作者，南京林业大学为唯一完成单位。该成果得到了国家自然科学基金项目和江苏省自然科学基金的资助。
此外，该团队近日在影响因子为20.6的国际权威期刊《Coordination Chemistry Reviews》发表了题为Tailoring metal-organic frameworks for photocatalytic H2O2 production的综述文章。南京林业大学为论文唯一完成单位，邱健豪为论文第一作者，姚建峰教授为通讯作者。
论文链接：ACS Catalysis https://doi.org/10.1021/acscatal.3c03462
Coordination Chemistry Reviews https://dx.doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215597
