在Ni–NiO–MnOx/氧化石墨烯异质结催化剂上，通过选择性还原解聚木质素生成香兰素

《ChemSusChem》：Selective Reductive Depolymerization of Lignin to Vanillin over a Ni–NiO–MnOx/Graphene Oxide Heterojunction Catalyst

选择性木质素还原解聚的Ni-Mn异质催化剂开发及其作用机理研究。该催化剂通过石墨烯氧化物负载实现多木质素来源的高效解聚，在温和氢解条件下（30 bar H2, 180°C）获得18.4%香草醛产率，选择性达84%。电荷协同效应促进β-O-4/β-5/β-β键断裂，NMR证实G/S单元解聚主导芳香单体生成。溶剂优化提升脱盐木质素溶解度。

　　

摘要

木质素是一种可再生的芳香族原料，尽管氧化解聚已得到广泛研究，但由于羰基的过氢化作用，选择性还原策略仍未被充分探索，因此需要可持续的方法来实现高效利用。本文报道了一种基于氧化石墨烯的Ni–Mn异质结催化剂，用于木质素的选择性还原解聚。该催化剂适用于四种不同的木质素类型，包括脱碱木质素和木质素磺酸钠（商业木质素），以及从本地可获得的生物质来源（如Prosopis juliflora和Ficus benghalensis）中提取的木质素。在温和的氢解条件下（30巴H₂，180°C），该催化剂可产出生香酚18.4 wt%（其中11.4 wt%为纯生香酚，纯度超过97%），选择性达到84%。溶剂优化提高了脱碱木质素的溶解度并提升了解聚效率。其优异的性能源于Ni–NiO–MnO_x异质结界面处的电荷重新分布，这种分布促进了C-O和C-C键的选择性断裂，同时完全抑制了生香酚的过氢化反应。二维¹³C–¹H HSQC（异核单量子相干）NMR实验和控制实验证实，β-O–4、β–5和β–β键在邻氨基苯甲酸（G）和丁香酚（S）单元中得到了有效断裂，从而产生了富集的芳香族单体。

图形摘要

我们报道了一种基于氧化石墨烯的Ni–Mn异质结催化剂，它在温和条件下可实现木质素的选择性还原解聚，产出生香酚高达18.4 wt%，同时具有较高的木质素油产率和优异的转化率。该催化剂对多种木质素来源均有效，包括Prosopis juliflora和Ficus benghalensis，这得益于Ni–NiO–MnO_x界面之间的协同作用，使得能够选择性断裂木质素键并抑制过氢化反应。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。