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木质纤维素由多糖（纤维素、半纤维素）和木质素组成，占地球上植物类生物质的90%，是最主要的可再生碳资源。木质纤维素各组分均为富官能团化大分子，具有高氧/碳比。将木质纤维素转化成化学品，特别是具有高附加值的有机含氧化合物，是生物质转化利用的理想途径之一（图1）。温和条件下C−O、C−C键的选择性断键和指定官能团的定向活化是木质纤维素转化制高值化学品的关键。光催化剂吸收光能后可生成具有高氧化还原能力的光生电荷或者活性物种，可实现温和条件下的高效高选择性化学转化。近年来，国内外多个研究团队通过光催化方法，在选择性切断多糖和木质素大分子的C−O、C−C键，高效活化木质纤维素衍生平台分子中的指定官能团等方面取得突破，光催化木质纤维素转化制化学品已经发展成为生物质高效利用的新兴研究领域。
图1. 木质纤维素结构和常见化学品的官能团化程度及价值。图片来源：Chem. Soc. Rev.
基于这些研究进展，厦门大学王野教授研究团队与中科院大连化学物理研究所王峰研究员课题组应邀合作撰写的综述性论文“Photocatalytic transformations of lignocellulosic biomass into chemicals”发表于Chemical Society Reviews （外封面）。该综述对近年来光催化木质纤维素相关分子转化制化合物体系进行了系统总结。综述从原理上解析了光催化在木质纤维素转化制高值化学品过程中的优势。详细介绍了光催化在木质纤维素关键转化中的应用，包括纤维素C−O键断键；单糖及其衍生呋喃平台分子的中醛/羟基的选择性氧化；单糖C−C断键；呋喃平台分子的C−C偶联；木质素C−O、C−O键断键；木质素衍生芳香醛、芳香酮、酚的C−C偶联、C−N偶联等反应（图2）。综述重点讨论了木质纤维素相关分子选择性断键和官能团定向活化的光催化反应机理、反应路径、活性物质及中间体等关键科学问题，为高效高选择性的光催化体系设计提供借鉴。论文还对光催化木质纤维素转化制化学品领域中的挑战和机遇进行了分析与展望。
图2. 光催化木质纤维素转化制化学品。图片来源：Chem. Soc. Rev.
论文中相关研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、科技部重点研发计划等项目的资助。
Photocatalytic transformations of lignocellulosic biomass into chemicals
Xuejiao Wu, Nengchao Luo, Shunji Xie,* Haikun Zhang, Qinghong Zhang, Feng Wang,* Ye Wang*
Chem. Soc. Rev., 2020, DOI: 10.1039/D0CS00314J
https://www.x-mol.com/university/faculty/22733
https://wangye.xmu.edu.cn/
https://www.x-mol.com/groups/wangye
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