作者:赵伟等 来源:《美国化学会志》 发布时间:2021/10/11 15:42:44
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木质素单体选择性电催化加氢为甲氧基化增值化学品

 

生物质木质素是一种丰富的可再生有机碳来源,将其转化为有附加值的有机化学物质有助于降低对化石资源的依赖。由木质素解聚而成的木质素单体包括甲氧基芳香化合物,可作为可再生原料用于生产用于制药的甲氧基环己烷衍生物。电催化加氢(ECH)已被广泛研究用来将木质素单体转化为环己烷衍生物。

近日,深圳大学高等研究院的赵伟,加拿大多伦多大学Edward H. Sargent,洛桑联邦理工学院Jeremy S. Luterbacher报道了木质素单体在可再生电力驱动下选择性ECH为甲氧基化增值化学品的研究。先前的研究虽然迅速推进了该领域发展,然而,迄今为止,仍然缺乏所需的选择性:即当木质素衍生的甲氧基化单体加氢生成甲氧基环己烷时,所需的甲氧基(-OCH3)也被同时还原切除。基于此,研究人员通过密度泛函数理论计算结果作为指导,筛选了多种合金,开发了一种可选择性地将木质素单体加氢生成甲氧基环己烷的三元PtRhAu电催化剂。

2021年10月7日,该成果以“Ternary Alloys Enable Efficient Production of Methoxylated Chemicals via Selective Electrocatalytic Hydrogenation of Lignin Monomers”为题,发表在J. Am. Chem. Soc.上。

研究人员利用X射线吸收光谱研究了Rh和Au对Pt电子结构的影响,利用原位拉曼光谱研究了催化剂表面催化反应机理,发现Rh和Au可通过调节催化剂表面的吸附能来促进木质素单体的吸附和加氢,并且抑制C-OCH3键的断裂。

实验结果显示,PtRhAu电催化剂在电流密度为200 mA cm−2时,木质素单体愈创木酚合成2-甲氧基环己醇的法拉第效率(FE)达到了创纪录的58%,与以往报道的最高生产率相比,FE提高了1.9倍,分电流密度提高了4倍。

研究人员进一步展示了集成的木质素生物精炼过程:即从木头的精炼到产出2-甲氧基环己醇类产物,其中木质来源的木质素单体在PtRhAu电催化剂的作用下选择性地ECH为甲氧基化的2-甲氧基-4-丙基环己醇。

这项工作为利用可再生生物质电催化合成甲氧基化药物提供了一种有效途径。

(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1021/jacs.1c08348

 
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