木质素是可再生生物质的主要成分之一，通过降解可以得到重要平台化合物香草醛。香草醛经加氢提质可以获得多种高值化学品，然而，由于香草醛加氢路径众多，调控催化剂结构是实现香草醛选择性加氢的有效方法。

四川大学石碧院士团队蒋智成副研究员、香港科技大学Daniel CW Tsang教授等人在期刊《Green Chemistry》上，发表了封面论文“Composite Fiber as a Multifunctional Catalyst Support for the Upgradation of Lignin-based Chemicals”，第一作者为四川大学轻工科学与工程学院硕士研究生李祖志。研究者通过静电纺丝法分散聚丙烯腈（PAN）和植物单宁（Tan），制备了复合纤维（PAN-Tan）。单宁中丰富的邻位酚羟基可以吸附并原位还原Pd²⁺，避免了额外使用表面活性剂和还原剂。在温和的反应条件下，实现了香草醛高选择性催化加氢制备香草醇。

图1：Pd/PAN-Tan复合纳米纤维的制备及其形貌。

通过改变PAN浓度调控纺丝液的可纺性，再经吸附和原位还原Pd²⁺制得金属负载型纤维催化剂（图1）。纺丝液浓度较低时，纤维中存在明显的纺锤状结构，可纺性较差。Tan的引入可以降低纤维直径，其主要原因是Tan的羟基可以与PAN的腈基之间形成氢键，防止PAN分子中极性的腈基通过偶极-偶极相互作用形成物理缠结。PAN-Tan纤维负载的Pd纳米颗粒的平均直径在13.07 ~ 13.97 nm之间。

图2：Pd/PAN-Tan复合纳米纤维的组分分布。

通过对复合纤维截面的元素分析，证实了PAN和Tan在纤维内均匀分布（图2）。经分子动力学模拟研究了PAN与Tan的相互作用方式和强度，发现Tan的酚羟基和PAN的腈基可以形成氢键，促进两种分子相互分散。

图3：香草醛加氢活性。

将Pd/PAN-Tan催化剂用于香草醛加氢（图3）。纯PAN纤维不能锚定并还原Pd²⁺，而加入Tan的Pd/PAN-Tan催化剂均能催化香草醛加氢为香草醇，且几乎没有苯环加氢或深度加氢脱氧等副反应。通过反应条件优化，在温和条件下香草醛转化率和香草醇选择性均接近100%，醛基的选择性加氢归因于香草醛在载体表面的吸附方式：香草醛分子的醛基和Tan的酚羟基之间有强氢键作用。

图4：Pd/PAN-Tan催化剂加氢普适性。

将催化剂用于其他木质素衍生醛的加氢，发现各种醛分子在50°C下，都能高收率地获得对应的醇分子，证实了该催化剂加氢活性具有普适性。

论文链接：

https://doi.org/10.1039/d3gc04579j

人物简介：

蒋智成，四川大学轻工科学与工程学院副研究员，博士生导师。主要从事生物质催化转化制备高值化学品、生物基纳米功能材料的研究。主持国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划专项子课题、四川省科技厅面上项目等7项。在Appl Catal B、Chem Eng J、ACS Catal、J Hazard Mater、Green Chem等国际重要学术刊物发表论文60余篇。担任Green Energy & Environment、Collagen and Leather、Green Carbon青年编委，Frontiers in Chemistry、Polymers、Processes、Frontiers in Materials客座编辑。