近日福建农林大学袁占辉教授团队在国际顶级期刊Chemical Engineering Journal（中科院一区TOP，IF：13.2）上发表题为“Facilitating Extensive C-C Bond Cleavage in Lignin Models through Customized CeO2/C3N4S-Scheme Heterojunction”的重要研究论文。福建农林大学博士研究生廖洪武为第一作者，团队负责人袁占辉教授为第一通讯作者。
木质素中C-C键因其高键能，成为光催化解聚领域的难点。该论文以石墨氮化碳（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。
图1. CeO2、C3N4和 CeO2/C3N4的 (a) UV-vis DRS，(b) VB-XPS 光谱，(c) PL 光谱，(d) TRPL光谱，(e) 瞬态光电流响应和 (f) EIS 阻抗图光谱。
图2. (a) CeO2、(b) C3N4、(c) CeO2/C3N4的功函数，(d) CeO2/C3N4S-Scheme异质结电荷转移过程示意图，(e) 表面光电压，(f) 电荷密度，(g)内建电场强度。
图3. CeO2/C3N4对PP-ol的C-C键断裂效果 (a) 不同气氛，(b) 不同反应时间，(c) 不同催化剂，(d) 循环反应。
图4. CeO2/C3N4S-Scheme 异质结上 C-C 键断裂的光催化机理。
总结
木质素中C–C键因其高键能和非极性特性，限制其高效转化。本研究通过精准构建CeO2/C3N4S型异质结，显著提升了光生载流子的分离与迁移效率，提高了CeO2的脱氢活性，从而实现对Cα–Cβ键的定向断裂。在蓝光照射和富氧条件下，获得苯甲醛和甲酸苯酯的产率分别较CeO2提高了7.8倍和7.75倍，为木质素高值化转化提供了高效可行的新策略。
原文链接：doi.org/10.1016/j.cej.2025.166242
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