纪娜课题组在国际知名期刊Adv. Funct. Mater.发表最新木质素转化利用文章，可实现木质素一步高选择性转化为芳烃

第一作者：刁新勇（助理研究员），石雅雯（博士研究生）

通讯作者：纪娜 教授

图文摘要

天津大学纪娜课题组在国际知名期刊Adv. Funct. Mater.上发表题为“Confined CoxSy Cluster on Basal Nanoporous MoS₂ for Mild Hydrodeoxygenation of Lignin Derivatives to Arenes”的研究论文(DOI: http://doi.org/10.1002/adfm.202518336)，该研究提出了一步水热硫化法构建基面纳米孔MoS₂担载超小Co_xS_y团簇高稳定性催化材料的构筑策略，解决了木质素及其衍生物在温和条件下高效转化利用的难题，催化剂循环稳定性测试表明该催化剂兼具低温高活性及高稳定性。对比现有报道，该催化剂表现出国际领先水平。

成果简介

我国芳烃每年消耗量接近5000万吨，对外依存度达1000万吨/年以上。将大量的木质素固废定向转化为芳烃有望填补产业链巨大缺口，对保障我国能源安全和实现双碳目标意义重大。以二硫化钼（MoS₂）为代表的硫化物催化剂因其在氢化和脱氧能力平衡上的独特优势，被证明是一种经济、耐硫、高效的加氢脱氧催化剂，可以实现木质素加氢脱氧制备芳烃化合物。但是，目前存在高温稳定性差或低温活性差的“trade-off”效应。近年来，纪娜教授团队聚焦MoS₂催化材料微观结构调控，发展了堆积层数调控、缺陷工程、界面工程、反应微环境调控等有效策略，实现了催化性能的显著提升（Appl. Catal. B., 2022, 305, 121067; J. Energy Chem., 2023, 77, 601–631;Chem. Eng. J., 2025, 519, 165327; etc）。近日，团队提出了一种简便的新型MoS₂催化剂结构性调控策略，制备了基面纳米孔MoS₂担载超小Co_xS_y团簇催化剂（Co_xS_y-n-MoS₂）。HAADF-STEM、XAS等一系列表征验证了MoS₂基面纳米孔的存在及其邻近位置Co_xS_y团簇的分布。

图1. (a). Co_xS_y-n-MoS₂制备流程图. (b-d) XRD, Raman, EPR,及N₂吸脱附曲线图. (f-g) HAADF-STEM图. (h) HRTEM图. (i-l) TEM-EDX面扫图.

以典型木质素衍生物对甲酚加氢脱氧制甲苯为探针反应，系统研究了Co_xS_y-n-MoS₂的催化性能。在170 °C, 3 MPa H₂, 10 h的反应条件下，对甲酚转化率达到99.9%，甲苯收率达到96.7%。高转化率及低转化率下的循环稳定性测试表明该催化剂兼具低温高活性及高稳定性。对比现有报道，该催化剂表现出国际领先水平。此外，该催化剂具有良好的应用普适性，可将不同类别的木质素衍生单体、二聚体转化为芳烃产物，收率＞80%。

结合DFT及控制实验，深入揭示了Co_xS_y-n-MoS₂催化剂的协同效应：1）Co_xS_y团簇中的缺电子Co中心作为主要活性位点，能够实现H₂吸附/解离、对甲酚Ph─OH活化及断裂；2）具有暴露Mo中心（即S空位）的基面纳米孔能够对富电子苯环产生拉伸效应，与Co_xS_y团簇上强吸附的Ph─OH协同削弱C─O键。因此，超小CoxSy团簇邻近MoS₂基底纳米孔的独特结构有利于木质素结构中C─O键的吸附与断裂，从而表现出优异的催化性能。

图2. (a). 对甲酚HDO结果. (b) 动力学曲线. (c-d) H₂活化能垒图. (e-f) 对甲酚吸附构型, 电荷密度差分及DOS图. (g) 对甲酚HDO反应能垒图.

作者介绍

纪娜：天津大学英才教授，博士生导师，天津市海外高层次人才，天津大学环境工程系副主任，天津大学十佳杰出青年教工，全国石油化工行业生物基油气重点实验室副主任，天津市可再生能源学会生物质能专委会副主任。2023-2025连续三年入选由斯坦福大学和爱思唯尔共同发布的“全球前2%顶尖科学家”榜单。研究方向主要聚焦于生物质、塑料及废弃油脂的资源化转化利用，致力于开发生物质、塑料、废弃油脂等有机固废高效转化的新型催化剂材料以及绿色环保的高效转化过程。近年来以第一作者或通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, ACS Catalysis, Applied Catalysis B: Environmental, Journal of Energy Chemistry, Green Chemistry, ChemSusChem, Journal of Catalysis等国际高水平期刊发表SCI论文75篇（包括封面论文11篇，ESI高被引论文12篇），论文总引用率大于6300次，H-index指数48。作为负责人主持科研项目24项，其中国家级7项，省部级6项，授权发明专利16项，包括3项PCT国际专利，研究成果荣获辽宁省自然科学奖一等奖等奖项。

刁新勇：天津大学环境科学与工程学院博士后/助理研究员，天津大学“启明计划”科技创新领军人才，天津市可再生能源学会生物质能专委会委员。主持国家自然科学基金青年项目、国家重点研发计划子课题、中国博士后特别资助基金、博士后面上基金等多项科技项目等。研究领域面向国家双碳战略目标，致力于木质素/废塑料/废油脂催化转化。在Adv. Funct. Mater., ACS Catal., Appl. Catal. B-Environ., Green Chem., J. Energ. Chem., J. Catal.等国际高水平期刊发表论文30余篇。

(来源：纪娜  编辑：田淑洁）