近日，我校材料學院宋國勇教授團隊應邀在美國化學會旗下《化學研究評述》（Accounts of Chemical Research）發表了題為“Catalytic Hydrogenolysis of Lignin into Serviceable Products”的綜述論文。論文通訊作者為宋國勇教授，第一作者為王水眾副教授。《化學研究評述》是化學與材料科學領域最具影響力的國際綜述期刊之一，五年平均影響因子達20.4。該期刊具有鮮明的“自我綜述”的特色，主要是描述通訊作者的系統性研究工作，并且要對該領域的未來發展方向給出視野獨特、具有前瞻性的展望。與美國化學會旗下的《化學評論》（Chemical Reviews）及英國皇家化學會旗下的《化學會評論》（Chemical Society Reviews）并列為國際化學化工領域三大權威綜述期刊。
木質素作為生物質的主要成分之一，約占地球有機碳總量的30%，是自然界儲量最豐富的可再生芳香碳資源。長期以來，木質素主要作為低附加值燃料加以利用，其高值化開發仍面臨諸多挑戰。通過催化轉化技術將木質素高效轉化為可用于下游加工利用的芳香化合物，并將其納入現有芳香化學品供應鏈，不僅有助于降低碳足跡，還可以顯著提升生物質煉制經濟性。然而，由于木質素結構的復雜性和不均一性，實現其高效選擇性解聚，并獲得高產率且可分離純化的芳香單體，仍是當前該領域亟需解決的科學問題。
在不同植物細胞壁中，木質素分子結構特征因植物種類而異，主要體現在基本結構單元組成比例與內部連接鍵類型分布的顯著差異。這種結構異質性直接影響木質素的化學反應活性、催化降解產物分布及其后續高值化利用途徑。在此背景下，本文系統梳理和總結了課題組近年來在木質素催化氫解高效轉化為高附加值產物方面的研究進展，主要包括：1）針對不同來源木質素（木材、草本及種皮）的結構特性差異，本課題組設計并構建了一系列高效催化氫解體系。通過催化劑設計理念的創新，實現了從傳統高負載納米金屬催化劑向低負載原子級分散金屬催化劑的轉變，并成功開發了非貴金屬替代體系，可有效降低催化劑成本，并顯著提升金屬原子利用效率、催化活性與反應選擇性。2）基于所開發的催化體系，本課題組實現了多種木質素原料的高效選擇性氫解。通過控制反應條件，選擇性獲得了具有特定側鏈結構（如丙基、丙烯基等）的單酚類化合物，其產率接近理論最高值，且易于分離純化；為進一步揭示木質素C–O鍵斷裂機理，本課題組設計并合成了氘代β-O-4模型化合物（包含二聚體與聚合物），用于當前催化反應體系，提出了Cα–OH與Cβ–O協同斷裂新機制，為木質素定向轉化提供了重要的理論依據。3）為實現木質素降解單酚高值利用，根據單酚結構特點，本課題組開發了多條高值轉化利用途徑，成功將其轉化為生物活性分子、功能材料及高能燃料，拓展了木質素降解單酚在下游加工應用中的潛力。
圖1 木質素催化氫解制備高附加值產品示意圖
綜上，本課題組相關研究成果為木質素的高效催化轉化及其產物多元化利用提供了理論依據與技術支撐，開辟了木質素“上游加工與下游應用”的全鏈條高值利用的新途徑。
在過去十年間，宋國勇教授團隊在金屬催化劑活性精準定位與調控、生物質催化轉化及生物基功能材料等方面開展了大量研究，并取得了一系列具有代表性的成果。相關研究成果陸續發表在Acc. Chem. Res. (2025), Nat. Sustain. (2023), Nat. Commun. (2022/2021), Adv. Mater. (2024), Appl. Catal., B (2024), Adv. Sci. (2024), ACS Catal. (2024/2020/2019/2017), Trends in Chem. (2022), Green Chem. (2025/2023/2021/2019)等國際權威期刊上，受到國內外學術界的廣泛關注。
文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.4c00644
