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DOI: 10.1016/S1872-2067(24)60186-5

近日，《催化學報》在線發表了南京林業大學陳祖鵬教授團隊在生物質催化轉化領域的最新研究成果。該工作報道了以木質生物質為原料，利用甲醛穩定劑和木質素中甲氧基官能團，串聯多步催化轉化過程，定向制備高碳數芳烴航空燃油的反應策略。論文第一作者為：董琳，論文通訊作者為：盛時雄，王艷芹，陳祖鵬。

高碳數芳烴是一類重要的航空煤油組分，具有較高的沸點和熔點，較低的揮發性，可以顯著提高油品的質量。傳統的高碳數芳烴來自于不可再生的化石能源，常常伴隨著溫室氣體排放和環境污染。從可再生的生物質資源出發，催化轉化制備高碳數芳烴是一條清潔綠色的工藝路線。木質素作為生物質的三大組分之一，是由芳香族化合物通過碳-氧和碳-碳鍵連接而成的高聚物，可以作為生產高碳芳烴的潛在資源。因此，本文利用甲醛穩定劑和木質素中的甲氧基，提出了一條從木質素選擇性制備高碳數芳烴航空燃油的高效合成方法。

圖1. 不同反應條件下，樺木經過分離和解聚制備木質素單體的產物分布。

要點：

醛類穩定劑的加入，有助于避免木質素分離過程中新的碳碳鍵的生成，顯著提高木質素單體的質量收率。與其他醛類相比，甲醛穩定劑在促進木質素分離的同時，可以通過烷基化反應，增加木質素單體的碳數。此外，5%Ni/C催化劑展現出優異的木質素解聚效率，同時可以高效氫解苯丙醇的羥基，提高產物的選擇性。

圖2. 不同種類的木質纖維素為底物，木質素分離與高效解聚的產物分布。

要點：

以甲醛作為穩定劑和5%Ni/C作為催化劑的反應體系，適用于各種硬木、軟木和草本植物的木質素分離和高效解聚。

圖3. 利用自身的甲氧基官能團，木質素單體定向催化轉化制備烷基化產物。

要點：

以木質素解聚產物中的丙基愈創木酚為底物，利用甲氧基官能團的烷基轉移，合成烷基化產物。研究表明：以Au/Nb₂O₅為催化劑，二氧六環為溶劑，可以達到最佳的反應效果，烷基化產物總和最高可達66.9%。

圖4. 多種木質素解聚單體的烷基化反應的實驗結果。

要點：

Au/Nb₂O₅催化體系，在多種木質素單體的烷基化反應中，均表現中優異的催化性能。

圖5. 烷基化產物選擇性加氫脫氧制備芳烴的實驗結果。

要點：

探究了多種金屬負載型催化劑在烷基化產物選擇性加氫脫氧反應中的催化性能，結果表明，Ru/Nb₂O₅催化劑表現出優異的反應活性和對芳烴的選擇性，有效避免了環加氫副反應的發生。

圖6. 木質纖維素為原料定向催化轉化制備高碳芳烴的實驗結果。

要點：

1.以木質生物質為原料，串聯多步催化轉化過程，定向制備高碳數芳烴的反應策略。芳烴的碳數增長來自于甲醛穩定劑和木質素本身的甲氧基，實現了較高的原子利用率和質量收率。