光催化生物精炼绿色闭环：超分子溶剂中碱木质素的高效解聚与香草酸定向合成

针对木质素解聚过程中有机溶剂的环境污染问题，研究者提出光催化生物精炼绿色闭环（PBGC）策略，利用超分子溶剂协同WO3 /g-C3 N4 /h-BN（WCB）光催化剂，实现碱木质素（AL）38.61 wt%转化率及22.87%香草酸产率，突破高粘度工业瓶颈，为绿色化工提供新范式。

　　

木质素作为植物细胞壁中储量第二的天然芳香聚合物，其高效转化一直是生物质资源利用的“圣杯”。传统木质素解聚依赖高温高压或强腐蚀性有机溶剂，不仅能耗高，还伴随严重的环境污染。更棘手的是，木质素复杂的超分子结构导致其溶解性差、反应活性低，工业放大时高粘度问题犹如“拦路虎”。与此同时，市场对高附加值芳香化合物如香草酸的需求激增——这种兼具抗炎、抗氧化特性的物质广泛应用于医药、食品和化妆品领域，但现有石油基合成路线与可持续发展理念背道而驰。

针对这些矛盾，东北林业大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表了一项突破性研究。他们巧妙设计了一种超分子溶剂体系，结合光催化技术，构建了“光催化生物精炼绿色闭环（PBGC）”。该工作不仅实现了碱木质素（AL）在温和条件下高效解聚，更首次揭示了超分子溶剂与光催化剂的协同机制，为木质素定向转化提供了全新范式。

关键技术方法
研究团队通过溶剂物理化学性质筛选（熔点、pH、粘度等），优化出胆碱氯（ChCl）/1,4-丁二醇（1,4 BDO）超分子溶剂体系；采用电子顺磁共振（EPR）追踪羟基自由基（·OH）和C_α
芳氧自由基（ArO·）的动态过程；利用二维核磁（2D HSQC NMR）解析β-O-4键断裂路径；通过高效液相色谱（HPLC）定量香草酸等产物。

研究结果

1. 超分子溶剂设计优势
   相比传统深共熔溶剂（DES）ChCl/1,4 BDO，定制超分子溶剂使AL溶解度提升150%，粘度降至20 cP（60°C），突破工业应用瓶颈。FT-IR和拉曼光谱证实溶剂与AL结构相似性是其高溶解性的关键。

2. 光催化-溶剂协同机制
   EPR检测发现：1,4 BDO在光照下产生·OH，优先攻击木质素β-O-4键；黑暗环境中AL与溶剂作用生成C_α
   ArO·，随后被WCB催化剂表面超氧自由基（源自O₂
   ）快速稳定为最终产物。这种时空可控的自由基接力机制首次被阐明。

3. 定向转化效能
   在WO₃
   /g-C₃
   N₄
   /h-BN（WCB）催化下，AL转化率达38.61 wt%，香草酸选择性达22.87%。2D NMR显示β-O-4键断裂占比超70%，证实反应路径的高度可控性。

结论与意义
该研究开创性地将超分子溶剂引入光催化木质素转化领域，其PBGC策略兼具三重创新：环境友好（pH 6-7、无有机溶剂）、能源节约（60°C低温操作）、产物定向（香草酸高产率）。尤为重要的是，团队揭示了溶剂-催化剂-底物的三级相互作用机制，为生物质精炼提供了普适性方法论。从产业视角看，低粘度特性直接打通规模化放大通道，使木质素从“工业废料”蜕变为“绿色化工原料”成为可能。这项研究不仅推动生物质高值化利用，更对实现“双碳”目标具有深远意义。