Carbon–carbon bond cleavage for a lignin refinery
Luo, Z., Liu, C., Radu, A. et al. Carbon–carbon bond cleavage for a lignin refinery. Nat Chem Eng 1, 61–72 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-023-00006-0
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近日,东南大学研究人员对木质素中的碳-碳键进行了一项重要突破,取得了显著的碳研究成果。木质素中的碳-碳键由于其结构的稳定性,常常成为单体产率低下的关键瓶颈,而现有的解聚策略大多集中于碳-氧键的断裂。本次研究实现了对这些惰性σ型碳-碳键的选择性断裂,并显著提高了单环烃的产率,达到了此前报道的十倍之多。通过铂催化的(脱)氢功能,研究人员使木质素中邻近顽固碳-碳键的区域产生烯烃基团,这些基团可在沸石布朗斯台德酸位点上经历β-断裂反应。研究验证了这一方法可以选择性地裂解木质素骨架中常见的碳-碳连接(包括5–5′、β–1′、β–5′和β–β′),并成功应用于多种典型木质素的增值利用。技术经济分析表明,该方法在生产汽油和航空燃料级别的环烷烃和芳烃方面具有巨大潜力,而生命周期评估则进一步确认了其实现二氧化碳中和燃料生产的可能性。此项突破不仅为木质素的高效转化提供了全新思路,也为低碳能源的开发注入了新的动力。
Figure 1 Valorization of lignocellulosic biomass.Figure 2 Reductive C–C cleavage of 2,2′-biphenol (1).
Figure 3 DFT study of the reaction mechanism of C–C bond cleavage.
Figure 4 Substrate scope for reductive C–C cleavage.
Figure 5 Reductive cleavage of AAF oligomers.
Figure 6 Process layout and details of the proposed AAF oligomers refinery.
在催化剂筛选过程中,研究人员选择了典型的木质素二聚体模型,以评估不同催化剂在还原条件下裂解碳-碳键的效率。研究发现,Pt/H-MOR催化剂在260°C和40 bar氢气条件下,可以有效断裂木质素中的多种碳-碳连接,实现了高达86.3%的单体产率,远超此前报道的80.7%最高产率。研究表明,Pt/H-MOR催化剂结合铂的(脱)氢功能和沸石微孔中的布朗斯台德酸位点,可以在温和条件下实现不同类型碳-碳键的选择性裂解,而不需要预功能化处理。实验数据和理论计算进一步揭示了碳-碳键断裂机制及其在提升木质素裂解效率中的作用。该研究成果不仅在汽油和航空燃料级别的烃类化合物生产方面展现了巨大的技术潜力,同时也为低碳燃料的绿色生产提供了科学依据。
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https://www.springer.com/journal/44246
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