木质素是全球含量第二丰富的生物聚合物，也是木质纤维素生物质中唯一由芳香族结构单元组成的生物质，被认为是石脑油和煤的理想替代品，可用于生产高附加值的芳香族衍生物和储能碳水化合物。木质素中70%的结构单元通过芳香族C−O键连接，因此芳香族C−O键的活化和断裂对木质素的解聚至关重要。负载型镍催化剂价廉易得，是一种很有前途的 DPE 氢解催化剂。木质素中C−O键的主要类型包括α-O-4，β-O-4和4-O-5连接。其中，4-O-5键的键离解能远大于木质素中其他C−O键的键离解能，因此，4-O-5键的断裂是实现木质素解聚的关键。
为了研究4-O-5键的断裂，中科院大连化物所李灿和兰州大学李泽龙等成功制备了Ni/CeO2催化剂，并将其用于典型的模型分子二苯醚(DPE)的裂解反应。具体而言，研究人员分别在CeO2载体上负载了Ni单活性位点(SSNi)和Ni纳米颗粒(NiNPs)，并且在DPE的裂解反应中，NiNPs/CeO2催化剂表现出99%的转化率和较高的苯和醇选择性，而负载SSNi/CeO2催化剂没有表现出催化活性。此外，与SSNi相比，NiNPs能够促进DPE和H2的吸附和活化，这在DPE的氢解反应中起着至关重要的作用。实验结果和理论计算表明，NiNPs/CeO2和SSNi/CeO2具有明显的DPE裂解反应活性差异，这可归因于: 1.与SSNi相比，具有整体Ni位点的NiNPs增强了底物在NiNPs上的吸附，表现出良好的催化活性；2.NiNPs与载体界面处形成的氧空位(Ov)可进一步促进木质素模型化合物的吸附，提高C−O键的氢解活性；3.Ov调节了附近Ni位点的电子态，使其成为木质素模型化合物中C−O键断裂的高效活性位点。总的来说，该项工作揭示了Ov对木质素模型化合物中C−O键的氢解作用，为合理设计金属负载型催化剂以用于生物质转化中C−O键的氢解反应提供了理论指导。Hydrogenolysis of Lignin Model Compounds on Ni Nanoparticles Surrounding the Oxygen Vacancy of CeO2. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c02303
