李 敏，张得伟，王瑞凯，张璐璐，范启明，宋 亮

(山东科技大学 材料科学与工程学院，山东 青岛 266590)

1 引言

生物质木质素能解聚成有价值的化学品[1-2]，且木质素是仅次于纤维素的世界第二大生物质能源，蕴含较高的能量，可以替代化石燃料[3]。木质素大分子是由对香豆醇(p-coumaryl alcohol)，松柏醇(coniferyl alcohol)，芥子醇(sinapyl alcohol)三种苯丙醇单体组成[4]，连接木质素单体的化学键有β-O-4键，α-O-4键，5-5键，其中β-O-4键占木质素化学键的43%～65%，若能有效地选择性解聚β-O-4键[5]，可得到高附加值产物芳香族化合物单体[6-8]。

图1 木质素中单体以及单体间化学键连接示意图

目前，国内外许多研究学者采用光催化技术解聚木质素，常用的催化剂基体包括过渡族金属氧化物催化剂[9-15]、硫化物催化剂[16]、钒酸盐催化剂[17]、稀土氧化物催化剂[18]、复合半导体催化剂[6，19-20]等。

2 用于木质素催化解聚的光催化材料

2.1 过渡族金属氧化物光催化材料

传统金属氧化物半导体的禁带宽度(TiO2锐钛矿相3.2eV，TiO2金红石相3.0eV，ZnO 3.2eV)较大，诱发光催化反应需要较大的能量，且在光催化过程中光生电子空穴会快速复合，导致其催化解聚效率不高。

催化剂改性后有助于降低电子空穴对复合的概率，对木质素的解聚起一定促进作用。例如，金属离子掺杂改性TiO2，通过模拟太阳光下稀土离子改性的RE-TiO2纳米棒对碱木质素的光解聚，不同种类的稀土离子改性的催化剂产生两类不同的解聚反应路线，形成不同的中间产物，这表明了木质素解聚路线的可控可能性[21]。过渡族金属Fe改性的TiO2薄膜光催化剂，可促进木质素在水相中的反应进程，Fe3+存在时可以作为光生h+/e-的捕获剂，进而抑制空穴/电子对的复合[22]，反应可得到2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、愈创木基衍生物、紫丁香基衍生物等。……