随着化石资源的加速消耗和环境问题的日益严峻，木质素作为一种可再生且储量丰富的化学品和燃料来源，受到了广泛关注。然而，在造纸和制浆工业中，大部分木质素被废弃或作为低价值燃料燃烧，造成了可再生资源的浪费。因此，将木质素转化为高附加值化合物已成为生物质转化领域的重要研究方向，为能源、环境和可持续经济的发展提供了新的思路和途径。

近日，我校袁占辉教授团队开展了一系列基于木质素的光催化高值化转化的研究工作，相关成果先后在Nature Communications（自然通讯）等国际权威期刊发表。

共轭有机框架光催化串联反应构建官能化γ-内酰胺

图1 共价有机框架光催化串联反应合成3-(2-氨基苯基)-γ-内酰胺

官能化γ-内酰胺广泛存在于多种生物活性分子中，开发其直接构建路径具有重要价值，然而产物稳定性差与非对映选择性难以控制等问题，使得该类合成方法仍具挑战。然而，由于产物稳定性较差及非对映选择性难以控制等问题，该类化合物的简洁构建仍面临挑战。针对这一难题，研究团队创新性地将可见光驱动的多相催化技术与可再生生物质原料相结合，提出了一条绿色、可持续的官能化γ-丁内酰胺构建新策略。团队设计并构建了一种萘基-芘共轭结构的共价有机框架材料（COF），该材料在室温条件下可高效催化生物质衍生的色胺异腈与氧化膦发生串联反应，进而以高产率合成一系列3-(2-氨基苯基)-γ-丁内酰胺类化合物。该光催化体系条件温和、底物适应性广，在生物质高值化转化与多相光催化合成领域展现出良好的应用前景。相关研究成果以题为“Straightforward Construction of Functionalized γ-Lactams via Conjugated-engineered Covalent Organic Framework Photocatalysed Cascade Reactions”（基于共轭工程化共价有机框架光催化级联反应的官能化γ-内酰胺直接构建方法）发表于Nature（自然）子刊Nature Communications（自然通讯）。福建农林大学为论文第一完成与通讯单位，材料工程学院林祥丰副教授为第一作者，袁占辉教授为通讯作者、闽江学院、天津科技大学及澳大利亚生物工程与纳米技术研究所均参与了该研究工作。

该反应体系遵循还原猝灭型光催化循环机制，与传统氧化猝灭路径相比，不仅能够兼容更多样的自由基前体，且在反应过程中仅释放氢气作为副产物，并原位生成关键的螺环吲哚啉中间体。本工作不仅拓展了共价有机框架在光催化合成中的应用范畴，也为从生物质原料到高附加值含氮杂环的高效、规模化转化提供了新思路，在生物质催化转化与多相光催化领域展现出重要的应用前景。此外，该光催化机制也为未来通过光催化解聚实现木质素的高值化转化研究提供了新的机理借鉴。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66469-2

共价有机框架介导光催化有机转化的研究与机理

光催化技术为有机合成提供了新的可能，然而构建兼具高活性、高选择性和优异循环稳定性的催化体系仍是该领域面临的重大挑战。共价有机框架作为一类新兴的晶体多孔材料，凭借其可调控的孔道结构、高稳定性及可定制的光电性质，在可见光驱动有机合成中展现出独特优势。团队总结了COFs在光催化有机转化中的研究进展，重点阐明了各类反应的内在机理。具体涵盖了氧化、加成、C–H键官能化、交叉偶联等典型反应类型，深入地探讨了COFs结构特征对催化活性和选择性的调控机制。文中系统评述了反应机理研究的关键实验与理论方法，为理解光催化过程提供了深入的见解。同时，团队总结了COFs与过渡金属构建复合催化体系的最新成果，指出杂化策略在提升催化性能与拓展反应边界方面的显著效果。该论文为木质素的光催化解聚及其高值化转化的后续研究提供了重要的理论依据与机理启示。

相关工作以题为“Advances and Mechanistic Insights into Covalent Organic Framework-mediated Photocatalysis for Organic Transformations”（共价有机框架介导的光催化有机转化：研究进展与机理认识）发表于国际权威期刊ACS catalysis（美国化学会催化）。福建农林大学为论文第一完成与通讯单位，材料工程学院林祥丰副教授与郑加贤博士为共同第一作者，袁占辉教授、闽江学院王莉玮教授、内蒙古农业大学张超群教授及澳大利亚生物工程与纳米技术研究所姜东博士为共同通讯作者。

图2 共价有机框架介导光催化有机转化的研究与机理

论文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.5c06316

Ce2S3/TiO2 S型异质结光催化剂高效解聚木质素C-O键

C-O键是木质素结构中芳香单元之间的主要连接键，占连接键的40%以上，而目前C-O键主要通过催化的方式来实现高效断裂。相较于传统催化解聚木质素，光催化因其具有独特的反应活性物种以及温和的反应条件使得对C-O键断裂的选择性更好。如何对光催化剂进行构筑是实现木质素高效选择性解聚的关键因素。基于此，团队研究了一种Ce2S3/TiO2 S型异质结光催化剂，用于对木质素模型底物C-O键的高效选择性断裂。利用Ce2S3纳米颗粒和TiO2纳米棒进行复合成功构建S型异质结，增加了对可见光吸收范围，进一步增强了光生电子-空穴对的分离，从而获得较高的催化活性。以2-苯氧基-1-苯乙酮（PP-one）为模型底物，仅在LED灯光照射下，获得苯酚收率为94%，苯乙酮收率为80%。

图3 Ce2S3/TiO2 S型异质结光催化裂解PP-one的过程示意图

该研究以“Harnessing the Synergistic Power of Ce2S3/TiO2 SScheme Heterojunctions for Profound C−O Bond Cleavage in Lignin Model Compounds”（Ce2S3/TiO2S型异质结协同驱动木质素模型化合物中C-O键深度裂解研究）为题发表于国际期刊ACS Catalysis （美国化学会催化）。福建农林大学为论文第一完成单位，材料工程学院博士研究生廖洪武为第一作者，材料工程学院袁占辉教授、北京理工大学安盟教授、日本名古屋大学的Yusuke Asakura教授为共同通讯作者。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c00297

CeO2 /C3N4异质结光催化剂实现木质素C-C键的高效断裂

木质素中C-C键因其高键能，成为光催化解聚领域的难点。团队以石墨氮化碳（g-C3N4）为基础，通过原位负载CeO2纳米颗粒，构建出一种具备内建电场的S型异质结结构，该异质结的构建不仅大幅提升了光生载流子的分离效率，还展现出优异的催化性能。使用该催化剂在蓝光420 nm LED照射下对木质素底物2-phenoxy-1-phenylethanol进行光催化反应，获得主要产物苯甲醛与甲酸苯酯的产率相较于CeO2分别提升了7.8倍和7.75倍。利用理论计算结合机理实验阐明了CeO2/C3N4异质结构中CeO2具有较高的价带电位，可以作为优异的脱氢位点，有效促进了底物中β-H的脱氢过程，进而诱导Cα-Cβ键断裂提升了反应选择性。该研究为高效选择性断裂木质素中C-C键提供了全新思路。

该研究以“Facilitating Extensive C-C Bond Cleavage in Lignin Models through Customized CeO2/C3N4S-Scheme Heterojunction”（CeO2/C3N4异质结光催化剂实现木质素C-C键的高效断裂）为题发表于国际期刊Chemical Engineering Journal（化学工程学报）。福建农林大学为论文第一完成单位，材料工程学院博士研究生廖洪武与郑加贤博士为共同第一作者，材料工程学院袁占辉教授、林祥丰副教授、北京理工大学安盟教授、日本名古屋大学Yusuke Asakura教授为共同通讯作者。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725070809

CsPbBr3/PCN异质结光催化剂实现香兰素与H2O2的协同制备

面对全球对绿色化学品日益增长的需求，利用太阳能驱动生物质原料转化为高附加值化学品，已成为可持续化学领域的重要研究方向。香兰素作为全球使用最广泛的香料之一，传统生产方式依赖高能耗与高污染工艺；而过氧化氢作为一种重要的绿色氧化剂，其工业制备同样面临环境负担重的挑战。若能在温和条件下实现两者的协同合成，将兼具显著的经济价值与环境效益。针对这一难题，本团队创新性地设计并构建了一种基于CsPbBr3钙钛矿量子点与多孔氮化碳（PCN）的S型异质结光催化剂。该催化剂通过静电自组装策略形成，其内部构建的电场有效促进了光生电子与空穴的高效分离和定向迁移，从而显著提升了光催化效率。在可见光照射下，该系统能够以木质素衍生的香草醇为原料，同步实现香兰素的高效氧化转化（产率达32.5 mM）和过氧化氢的绿色还原生成（产率达10 mM）。深入的机理分析揭示，多孔氮化碳中的氮位点与CsPbBr3中的铅位点分别作为氧化与还原反应的活性中心，在S型异质结的协同作用下，共同驱动了这一双向增值反应的进行。

该研究以“Dual active sites based CsPbBr3/porous carbon nitrides S-scheme heterojunction for synergetic vanillin and hydrogen peroxide production”（CsPbBr3/PCN异质结光催化剂实现香兰素与H2O2的协同制备）为题发表于国际期刊Chemical Engineering Journal（化学工程学报）。福建农林大学为论文第一完成单位，材料工程学院博士研究生廖洪武与郑加贤博士为共同第一作者，材料工程学院的袁占辉教授、林祥丰副教授、日本名古屋大学的Yusuke Asakura教授为共同通讯作者。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725099103

袁占辉，福建农林大学材料学院教授、博导，先进催化及功能材料校级团队的负责人。曾获吉林大学化学系本科和硕士学位，英国纽卡斯尔大学博士学位；入选福建省高层次B类人才、江苏省“西楚雄英”计划等。主要从事先进二维材料的制备及其在光电、光催、光热、海水淡化、电源、超级电容器和环境等领域的应用研究；片状无机晶体材料在效果颜料的应用及产业化研究；天然高分子材料在生物仿生、智能、胶粘剂等领域的应用研究；无机粉体材料、化学表面处理及天然胶粘剂的产业化研究。在Nat. Commun.、Energ. Environ. Sci.、Acc. Chem. Res.、Adv. Func. Mater.、ACS Nano、ACS Catal.、Nano Energy等国际高水平SCI学术期刊发表论文150余篇，其中约60篇IF>10、15篇IF>20，12篇入选ESI高被引论文、2篇热点论文。兼任Scientific Report、Discover Sustainability、 International Journal of Materials Engineering & Technology、Academia Catalysis、Polymers等学术期刊的编委。

林祥丰，福建农林大学材料工程学院副教授、先进催化及功能材料校级团队骨干。2022年于中国科学院大连化学物理研究所取得博士学位。入选福建省高层次人才C类。主要研究方向为木质素光催化高值转化、有机/高分子功能材料的绿色合成及其在能源与环境领域的应用。在Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、ACS Nano、Chem. Eng. J.、ACS Catal.等国际高水平 SCI 期刊发表论文10余篇。

郑加贤，福建农林大学材料工程学院讲师、先进催化及功能材料校级团队骨干。2024年博士毕业于厦门大学化学化工学院，主要从事水系电池材料、光电催化和海水淡化研究，在Nat. Commun., Energy Environ. Sci., ACS Energy Lett., Nano Lett., Adv. Energy Mater., ACS Nano, Adv.Sci., Small, Mater. Horiz.等知名期刊上发表SCI论文20余篇，其中ESI高倍引论文4篇，热点论文1篇。

廖洪武，福建农林大学材料工程学院2022级博士研究生。研究方向为木质素光催化增值转化。以第一作者在 ACS Catalysis、Nano Energy、Chemical Engineering Journal等国际知名期刊发表论文4篇，另以合作作者身份发表论文多篇。

课题组网站：http://acfm.fafu.edu.cn

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本期编辑：李奕涵

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