在過渡金屬催化劑上的C―C鍵斷裂以實現(xiàn)生物質(zhì)的升級

摘要：將當前能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)從過度依賴化石能源轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝Ю每稍偕茉矗墙鉀Q能源危機、實現(xiàn)碳中和的有效途徑。生物質(zhì)是最有前途的可再生能源之一，可以取代化石燃料以獲得有價值的有機化合物。近年來，大力利用生物質(zhì)能已成為一種必然趨勢。用于生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的傳統(tǒng)熱化學(xué)催化方法通常需要高溫、高壓等惡劣條件，甚至還需要外部氫或氧源。相比之下，在相對溫和的條件下進行的生物質(zhì)有機分子電催化轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)高價值化學(xué)品提供了一種綠色高效的策略。特別是，通過C―C鍵裂解將生物質(zhì)衍生的分子轉(zhuǎn)化為高價值的短鏈化學(xué)品至關(guān)重要。近年來，大量的研究證明過渡金屬（TM）電催化劑由于其豐富的三維電子結(jié)構(gòu)和獨特的eg軌道增強了過渡金屬-氧之間的共價鍵合，從而在有機物的C―C鍵斷裂中起著至關(guān)重要的作用。此外，TM電催化劑的配位環(huán)境或電子結(jié)構(gòu)會影響產(chǎn)物的選擇性。毫無疑問，明確的反應(yīng)活性位點和途徑有助于深入理解催化劑結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性之間的構(gòu)效關(guān)系。然而，TM電催化劑介導(dǎo)的生物質(zhì)衍生有機分子的C―C鍵裂解反應(yīng)用于生物質(zhì)升級的研究目前尚處于起步階段，其反應(yīng)機理和催化反應(yīng)過程尚不清楚。因此，有必要在原子水平上系統(tǒng)地了解電催化劑在C―C鍵裂解過程中的作用。在本綜述中，我們首先依次介紹了廣泛研究的TM電催化劑介導(dǎo)的生物質(zhì)衍生有機分子（包括甘油、環(huán)己醇、木質(zhì)素和糠醛）的C―C鍵裂解反應(yīng)，并給出了一些典型的例子和相應(yīng)的反應(yīng)途徑。然后，系統(tǒng)回顧了過渡金屬化合物催化C―C鍵裂解的反應(yīng)機理，揭示了界面行為，并構(gòu)建了TM電催化劑的結(jié)構(gòu)與裂解反應(yīng)活性之間的構(gòu)效關(guān)系。最后，我們簡要總結(jié)了上述內(nèi)容，并強調(diào)了在TM電催化劑上研究C―C鍵裂解的挑戰(zhàn)和展望。我們期望這項工作可以為生物質(zhì)的可控轉(zhuǎn)化和合理設(shè)計C―C鍵裂解的TM電催化劑提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：電催化生物質(zhì)升級；C―C鍵斷裂；電催化；過渡金屬催化劑

中圖分類號：O643