综述：功能化生物炭催化剂在O-和N-杂环绿色合成中的进展

（编辑推荐）本综述系统阐述了功能化生物炭（Biochar）在O/N-杂环（Heterocycles）绿色合成中的催化应用，涵盖铬烯（Chromenes）、吡唑并吡啶（Pyrazolopyridines）、喹唑啉酮（Quinazolinones）等关键杂环的合成。通过热解（Pyrolysis）技术调控生物炭表面功能基团（如-OH、-COOH）和孔隙结构，结合磁性（Fe3O4）、金属（Cu/Ni）修饰，显著提升反应速率和选择性，为替代传统高污染催化剂提供可持续方案。

　　

结构特性与合成策略
生物炭的核心结构由类石墨烯（Graphene-like）碳层构成，表面修饰羟基（-OH）、羧基（-COOH）等官能团，通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）证实。其合成主要依赖生物质（如鸡粪、小麦秸秆）的热解，温度调控可优化比表面积和孔隙率。例如，Ni-MP(AMP)₂@Fe-生物炭通过负载镍和磷酸基团，实现spirochromenes的高效合成。

杂环合成的催化应用

• 四唑类（Tetrazoles）：鸡粪衍生的生物炭纳米颗粒（BNPs）经磺酸功能化后，催化[2+3]环加成反应，产率达95%，且可重复使用5次。
• 吡喃并吡唑（Pyranopyrazoles）：Cu-TBA@生物炭通过表面铜活性位点，在无溶剂条件下促进多组分反应，20分钟内完成转化。
• 喹唑啉酮（Quinazolinones）：酸性生物炭（-SO₃H修饰）可替代传统强酸，减少废弃物生成。

性能优势与机制
生物炭催化剂的优势在于：

1. 可调性：通过金属（如Fe³⁺）或离子液体（ILs）修饰定向增强活性；
2. 稳定性：在高温/强酸条件下保持结构完整；
3. 经济性：原料为农业废弃物，成本仅为传统催化剂的1/10。

未来挑战
单原子催化（SAC）和生物炭-金属有机框架（MOFs）复合材料的开发是突破方向，但需解决规模化生产中的均一性问题。

结论
功能化生物炭通过精准设计表面化学特性，已成为杂环绿色合成的关键平台技术，其“废物变催化剂”的理念完美契合循环经济需求。