面向可持续发展国家重大战略，亟待发展可再生资源作为化石资源的替代品。非粮生物质，作为一种不与粮食冲突的可再生资源，其年产量高达约2000亿吨，具有替代化石资源转化为高值化学品和c的潜能。已开展的相关研究主要聚焦于纤维素和半纤维素基化学品及碳基能源领域，尚待充分开展温和条件高效、高选择性制备木质素基芳香化学品和氢气的研究。西安交大前沿院李洋教授课题组长期致力于生物质资源化学研究，通过发展可见光诱导产生活性自由基催化体系，在温和条件下生物质及其衍生物选择性制备芳香化学品和氢气领域取得新进展(图1)。
图1 可见光诱导的自由基选择性转化生物质及其衍生物制备芳香化学品和氢气
非粮生物质主要由木质素(~15-30%)、纤维素(~35-50%)及半纤维素(~20-30%)三大成分构成。其中，木质素作为地球上可再生芳香单元的最大储存库，由香豆醇、松柏醇、芥子醇三种单木酚聚合而成。利用其制备芳香化学品，能够为药物分子及功能材料提供重要的合成砌块。基于此，课题组发展了可见光促进复合物钝化芳基羧基自由基亲电活性新策略，建立了室温断裂木质素平台分子芳香羧酸C-C键，创建了选择性制备系列芳香化学品新方法(图1B，eq 1)；利用可见光促进芳基羧基自由基/芳醚自由基正离子诱导的芳醚本位亲电/亲核取代反应，实现了室温水解断裂木质素各种模型分子C-O键，建立了制备芳香酚的新方法(图1B，eq 2,3)
纤维素和半纤维素是由葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等单糖聚合而成的高聚物。接力自然界的光合作用，利用纤维素和半纤维素制氢在热力学上更有利(C6H12O6 + 6 H2O → 12 H2 + 6 CO2DE0 = + 0.001 V vs. 12 H2O → 12 H2 + 6 O2 DE0 = -1.23 V)。课题组前期发展了可控氧化—经停储氢体甲酸，非粮生物质一体化高效储氢&制氢策略，随后进一步发展了光促烷氧自由基诱导生物质C-C键逐级断裂新方法(图1B，eq 4)，建立了全链条高效低成本非粮生物质一体化储氢&制氢新路线(图1B，eq 5)；利用光电协同相继产生烷氧自由基及碳正离子多活性位点策略，建立了有序断裂生物质C-C/O-H/C-H键的新方法，探明了生物质水合重整制氢路径(图1B，eq 6)。
该研究进展以《可见光诱导的自由基选择性转化生物质及其衍生物制备芳香化学品和氢气》为题发表在《化学研究进展》(Accounts of Chemical Research)上。作者通过总结已发展的可见光协同丰产金属共催化体系在生物质选择性催化转化中的应用，旨在激发开发更加高效、稳定、低成本的催化体系，以加速生物质资源的高效利用，并期望这些催化体系能广泛应用于其它重要转化领域。
西安交通大学前沿院博士生张文敏为本文第一作者。该综述得到了国家自然科学基金项目、陕西省杰出青年学者资助项目和中央高校基本科研业务费专项资助项目资助。
李洋教授团队研究方向主要集中在通过过渡金属催化及可见光诱导催化对化学键进行高效断裂重组，实现生物质选择性催化转化，已在Acc. Chem. Res.，Nat. Catal., Chem, Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed., ACSCatal., Green. Chem.等期刊发表代表性论文。
