发布时间：2021-02-18
生物质基绿色能源体系的开发是追求可持续现代生活方式的有机组成。金属催化加氢促进生物质衍生分子催化合成增值化学品和液态烷烃燃料是生物质能源开发的重要途径。目前被广泛应用的金属负载型催化剂多囿于催化反应性、选择性或稳定性等诸多问题的桎梏，而高性能多功能催化剂的设计创制则是实现其整体反应性能提升的关键。
金属负载型中空碳纳米结构材料（Metal-loaded Hollow Carbon Nanostructures Nanoreactors, MHC纳米反应器）被誉为一种人造纳米反应器，在于非均相催化、环境修复和能源存储等众多领域中具有广泛的应用前景。通过合理调节MHC纳米反应器的限域微环境效应，可以实现对活性物种与底物分子之间相互作用的选择性地增强，减弱甚至消除。通过对中空碳纳米结构及其与活性金属颗粒相互作用的靶向设计，能够定向开发丰富的催化功能以服务于生物质基绿色能源的可持续发展与创新。
日前，环境学院吕学斌/纪娜研究团队发表观点类评论文章以挖掘MHC纳米反应器在构建可持续能源系统以改善绿色现代生活方式方面的巨大潜力。文章的主要贡献在于：（1）对金属负载型中空碳纳米结构材料的微环境效应进行详细阐述，将其划分为金属-载体相互作用效应、底物富集效应、分子筛效应、空间分隔效应和金属稳定化效应等五个维度；（2）对 MHC纳米反应器在金属催化加氢促进典型生物质衍生分子（如乙酰丙酸、糠醛、肉桂醛等）的高值转化应用展开总结分析；（3）对MHC纳米反应器服务于更广泛的生物质增值转化的潜在应用进行了合理预测，提出了其在原位氢源辅助加氢、涉氢过程的级联转化、加氢产物分布调控、稳定性及可回收性改善等方面的应用前景。此外，文章还分别从催化反应性、选择性、稳定性和可持续性四个方面提出了建议。
研究成果“Metal-Loaded Hollow Carbon Nanostructures as Nanoreactors: Microenvironment Effects and Prospects for Biomass Hydrogenation Applications”以封面形式发表于国际期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（Top期刊，IF：7.632）（https://dx.doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c08422）。文章第一作者为环境学院博士生于志昊，天津大学为第一署名单位。
近年来，吕学斌/纪娜研究团队在木质纤维素类生物质废弃物及其衍生小分子催化转化方面取得了一系列研究成果，相关研究成果发表于《Renewable & Sustainable Energy Reviews》、《Green Chemistry》、《ChemSusChem》、《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》等高水平国际期刊。
上述研究工作受到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金地区项目等科技项目的资助。
（撰稿人：吕学斌，纪娜；编辑：潘爽）
