2023年7月26-28日，Green Carbon首届编委会暨2023国际绿碳科学大会在青岛召开。Green Carbon编委、中国科学院大连化学物理研究所副所长王峰研究员应邀出席。
光催化生物质转化中自由基的生成与控制
木质纤维素或油脂经预处理可以转化为甲基呋喃、醇、糖和脂肪酸等中间产物。中间产物可在光催化作用下进一步发生C-H或C-C键断裂生产碳中心自由基，进而制备液体燃料、储氢载体或氢气等。在本次邀请报告中，王峰研究员针对生物质光催化过程，从催化剂结构、反应机理等方面对光催化生物质转化中自由基的生成与控制进行了介绍。
图 生物质光催化转化路径
2,5-DMF和2-MF可以从木质纤维素获得，它们可以在可见光催化下发生C-H键断裂或者C-C键的生成，进而制备H₂和柴油前驱体。在这个过程中，实现C-H键有效断裂并生成碳中心自由基是主要挑战。
王峰研究员团队通过引入Ru³⁺掺杂ZnIn₂S₄催化剂促进光生载流子的分离和C-H键的断裂，大幅提高了产物收率。进一步的研究结果表明，Ru³⁺的引入增加了催化剂表面接触电势差和载流子寿命，进而增强了催化剂活性。基于此，王峰研究员团队进一步采用低功函数的铟纳米颗粒（In NPs）改性ZnIn₂S₄催化剂对甲醇C-H键断裂的选择性和活性进行了研究。结果表明，通过接受来自In NPs的电子，ZnIn₂S₄富集电子倾向于激活C-H键而不是O-H键，进而得到高选择性的乙二醇和H₂。
进一步研究Au/CdS催化剂上乙醇耦合制2,3-丁二醇过程，发现2,3-丁二醇选择性与水的浓度有关，原因在于乙醇与水的混合调节了其氢键结构，催化剂表面和本体溶液中的氢键可以抑制α-羟乙基自由基（αHRs）的氧化和反向反应。有意添加的水与吸附的αHRs形成表面氢键，并加强αHRs与乙醇之间的氢键，同时保持了溶液中自由基的灵活性，从而允许αHRs从Au/CdS催化剂表面脱附并通过溶剂稳定，进而提高了偶联反应效率。
王峰研究员认为光催化是生物质转化的重要手段，转化过程中精准调控平台化合物C-C键和C-H键的断裂、生成控制碳中心自由基，进而实现产物分子碳骨架定向转化制备目标产物，这个过程中催化剂的开发和研究是重点关注的内容。
王峰 研究员
王峰研究员，中国科学院大连化学物理研究所副所长、洁净能源国家实验室（筹）生物能源研究部部长、国家自然科学基金委杰出青年基金获得者、Green Carbon编委。2005年于中国科学院大连化学物理研究所获得博士学位，2005-2009年在美国加州大学伯克利分校和日本北海道大学催化科学研究中心进行博士后研究，2009年12月加入中国科学院大连化学物理研究所工作至今。主要从事多相催化反应、生物质催化转化、光催化转化以及生命周期评价和经济技术评估等研究工作。在Nature Energy、Nature Catal.、Joule、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Rev.、Acc. Chem. Res.等杂志上已发表论文180余篇，获中国发明专利授权140余件。曾获中国稀土科学技术奖一等奖（2023）、第五届闵恩泽能源化工奖—杰出贡献奖（2021）、ACS Sustainable Chemistry & Engineering Lectureship Award（2020）、国家自然科学基金委员会-英国皇家学会“牛顿高级学者”（2019）、国际催化大会青年科学家奖（2012）、中国化学会催化委员会首届“中国催化新秀奖”（2012）、中国科学院优秀导师奖等荣誉。现担任ACS Catalysis副主编，《催化学报》、《物理化学学报》、Chinese Journal of Chemistry、ChemSusChem、Sustainable Chemistry and Pharmacy、ACS Sustain. Chem.& Eng.等杂志编委。
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