《Coordination Chemistry Reviews》刊發我院游波教授關于異相電催化劑催化生物質精煉的最新綜述
12月18日，我院游波教授團隊受《Coordination Chemistry Reviews》期刊邀請，為其“Rising Stars 2023”專刊撰寫的 “Heterogeneous Electrocatalysts from Nanostructures to Single Atoms for Biomass-derived Feedstocks Upgrading”論文正式發表。
文章系統綜述了用于生物質衍生物電催化精煉的多尺度（3D、2D、1D、0D和單原子）異相催化劑的研究進展，包括納米尺度效應、生物質衍生物類型、不同尺度電催化劑的合成方法、電催化氧化和還原升級反應過程，同時也指出該領域面臨的挑戰與展望。
目前在異相電催化劑的合成過程中，納米尺度效應（尺寸和形貌）已被廣泛研究。這些在納米和原子水平上的合成方法確保了原子的高利用效率、活性位點的優化配置和電催化劑的特定選擇性，從而顯著提高了它們的電催化性能。
此外，生物質衍生物因其快速再生且可降解的特性，已成為生物燃料和化學工業的寶貴替代原料。相較于傳統生物質轉化中涉及的熱催化轉化，電化學精煉過程為生物質資源的利用提供了一種更為環保、更低能耗的替代方案。該過程能夠將豐富但未得到充分利用的生物質資源轉化為高價值的商業化產品。
基于上述背景，該綜述首先闡述了納米尺度效應與生物質衍生物分類，包括納米結構和電子結構變化對材料反應活性的影響，以及生物質主要成分（纖維素、半纖維素、木質素）和常見衍生物（乙醇、甘油等）的特性與轉化過程，為后續研究提供理論基礎。同時詳細介紹不同尺度的電催化劑合成方法和最新進展，包括其結構特點和制備過程，涵蓋3D多孔電催化劑、2D納米片電催化劑、1D納米線電催化劑、0D納米顆粒電催化劑和單原子電催化劑。繼而探討多尺度異相電催化劑在上述生物質衍生物中的電催化氧化和還原反應過程，在氧化升級中，分析一元醇（乙醇）、多元醇（乙二醇、甘油、葡萄糖）、呋喃類化合物（HMF、糠醛）、生物聚合物（木質素、甲殼素）等在不同電催化劑作用下的氧化反應及產物；在還原升級中，闡述呋喃類化合物（HMF、糠醛）、含氧芳烴（愈創木酚、苯酚）、羧酸（乙酰丙酸、草酸、芳香醛）等的還原反應及生成的高價值化學品。最后綜述分析了該領域在催化劑合成策略，反應機理，理論計算方法以及實際應用中所面臨的挑戰和應對方法，強調通過結合實驗、原位/操作光譜表征和理論模擬來探索潛在的結構-性能相關性，以推動生物質電催化精煉技術的發展。
華中科技大學為該工作的第一完成單位及通訊單位，化學與化工學院博士研究生祝志巍為論文第一作者，游波教授為該論文唯一通訊作者。該研究工作得到了國家重點研發計劃（2021YFA1600800）、國家自然科學基金（22005147）等項目的支持。
論文鏈接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854524007458
