近日，我校材料学院宋国勇教授团队在ACS Cayalysis（一区，TOP期刊，IF="12.9）发表题为“Atomically dispersed palladium driving reductive catalytic fractionation of lignocellulose into alkene-functionalized phenols”的研究论文。

木质素是自然界中唯一一种可再生的芳香碳氢资源，占地球上有机碳总量的30%左右，是一种替代或补充化石资源的理想原料。近年来，还原催化分馏（RCF）或“木质素优先”策略被证明是木质纤维素全组分利用的一种有效策略，可以将具有丰富β-O-4键的天然木质素高效解聚成酚类单体，同时碳水化合物保留在固体残渣中。然而，当前该催化体系中通常采用高负载量贵金属催化剂（5-20 wt%），存在成本高、金属原子利用效率低、酚类单体产物选择性调控难等问题，阻碍了其大规模应用。

材料学院生物质催化转化团队报道了一种超低负载量、原子级分散的金属钯催化剂（Pd/ZnO/C），可以高效解聚木质纤维素制备高附加值产品。当Pd/ZnO/C催化剂用于桦木还原催化降解时，可以得到40.7 wt%的酚类单体，接近其理论单体得率；每摩尔金属Pd原子在单次反应中最高可以催化制备375个摩尔酚类单体产物（TON="375" mol酚类单体 mol钯-1），其催化效率比商业催化剂Ru/C提高近46倍。在木质素酚类单体产物中，丙烯基取代愈创木酚和紫丁香酚的选择性高达62 mol%，易于后续分离纯化；同时纤维素、半纤维素保留率分别为92 wt%和70 wt%。5次催化循环实验结果表明Pd/ZnO/C催化剂具有良好的稳定性和重复使用性。鉴于丙烯基酚类单体的高得率与高选择性，本研究以分离的4-丙烯愈创木酚为底物，直接合成了一种可用于药物研发的天然产物（二苯乙烯）。基于一系列模型化合物结果，本研究提出了β-O-4结构中Cα-OH和Cβ-O键协同断裂的木质素催化降解路径。

图1. Pd/ZnO/C还原催化降解桦木示意图

本研究设计了一种高效、经济的木质素催化转化制备功能化酚类单体的策略，为木质素高值利用提供了理论基础。

材料学院青年教师王水众为论文第一作者和通讯作者，宋国勇教授为共同通讯作者，该工作得到国家自然科学基金（22208024）、博士后科学基金（2023T160054, 2022M71040）、中央高校基本科研业务费（BLX202133）资助。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.3c05461