ACS Catal综述：电催化木质素降解技术的发展和挑战

纳米技术

2021-07-30

电催化有机化学反应目前受到广泛研究和关注，电催化能以可再生能源驱动，因此为目前常用的热催化转化反应提供了一种新手段。其中，发展选择性降解木质素，这种已知天然产物中含有大量芳烃的材料，将其降解为结构点单的芳烃物种非常重要，具有非常大的意义。

有鉴于此，密歇根大学Stephen Maldonado、Corey R. J. Stephenson等综述报道目前电催化木质素氧化反应的相关进展情况，对相关技术的发展进行总结和讨论。

本文要点：

（1）

使用简单小分子作为电催化剂。分别讨论了TEMPO催化电化学氧化、PINO催化电化学氧化；酶作为电催化剂。分别讨论木质素过氧化酶催化氧化、Mn-席夫碱催化电化学氧化；异相电催化剂。

（2）

总结与讨论。木质素的降解发展具有非常久远的历史，虽然目前电催化、酶电催化得到进展，目前仍难以真正实现优化的可操作的电催化木质素降解方法。在作者总结的三种电催化体系中，其中有机小分子电催化木质素氧化得到非常显著的发展，因为与酶催化相比，小分子催化反应机理更加清晰。设计新型非生物电催化剂是一个非常有前景的方向，更友好的均相电催化剂需要满足多个条件：反应活性较高、寿命较长、选择性好、催化剂能够进行衍生化方便进行催化活性比较和评价。

此外，作者提出酶电催化技术同样具有一定前景，目前酶催化反应体系的相关报道非常缺乏，因为酶在电催化反应过程中的作用并未得到很好的理解；进一步的，设计新颖结构电极材料可能有助于木质素电催化体系的发展。

（3）

困难和挑战。比如天然木质素的溶解性较弱，因此需要发展一种方便木质素溶解的方法。其次，木质素降解产生多种不同产物，因此需要进一步进行分离和纯化。然后，木质素的降解需要进行大规模化操作，因此发展流动化的技术非常必要。

参考文献

Cheng Yang, Stephen Maldonado*, and Corey R. J. Stephenson*, Electrocatalytic Lignin Oxidation, ACS Catal. 2021, 11, 10104–10114

DOI: 10.1021/acscatal.1c01767

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.1c01767