每周文献精选

为了更加方便读者追踪生物质领域研究动态，本公众号每周一推出《每周文献精选》栏目。编辑部成员每周末将会对近期上线的高水平论文进行总结并最终筛选出10篇论文，然后对筛选出的论文进行简单评述。欢迎读者对筛选出的论文进行点评并提出宝贵意见！

木质素是一种丰富的可再生芳烃来源，长期以来一直是生物燃料的目标。传统上，木质素固有的异质性和反应性使其只能直接燃烧，但与多糖相比，木质素具有更高的能量密度，因此是生物燃料生产的理想候选原料。本综述严格评估了木质素作为可持续航空混合燃料基质的潜力。当木质素与目前的石蜡混合燃料相结合时，可产生完全可再生、可持续航空燃料所需的环状化合物，并可满足目前需求的 2.5 倍。通过以能源为中心的分析，我们表明木质素转化技术在短期内有潜力达到现有商业可持续航空燃料生产工艺的焓产量。影响木质素转化为可持续航空燃料技术可行性的关键因素包括木质素结构、脱木质素程度、解聚性能以及开发稳定可调的脱氧催化剂。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41563-024-02024-6

光热催化是一种将热催化和光催化的优点结合起来的有前途的策略。在这里，我们通过原位保护策略强化的光热催化转移氢解过程实现了原木质素向芳烃的转化。Pd/TiO₂ 在 140 °C 紫外光照射下可催化伯醇重整为醛和活性 H^* 物种，它们分别进一步参与 1,3-diol 基团 β-O-4 连接的缩醛化保护和介导 C_β-OAr 键的氢解。以乙醇为氢供体转化桦木锯屑可获得 40% 的酚类单体产量，而在相同条件下转化提取的 1,3-二醇保护木质素只能获得 11% 的单体产量。光催化和热催化的协同效应使 C_β-OAr 键先于其他 C-O 键裂解。这证明了太阳光驱动光热催化系统的可行性。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-54664-6

5-氨基-1-戊醇（APO）是一种重要的含氮化学品，用途广泛。然而，它的合成效率并不高。在这里，我们报道了在室温下，通过直接裂解其与-CH₂NH₂基团相邻的α-C-O键，由生物质衍生的糠胺（FAM）合成APO。Pt/TiO₂催化剂在30℃、2.0 MPa的H₂条件下，FAM氢解制APO的产率高达85.4%，具有较高的效率和稳定性。Pt/TiO₂的高效与其在FAM中α-C-O键的裂解活性有关，这与Pt表面边角和边缘位置的呋喃环的氢化有关。这项工作为在温和条件下精确切割呋喃环中-CH₂NH₂基团邻近的α-C-O键提供了一种可行的方法，以高效生产APO及其衍生物。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c05122

将纤维素转化为 C₂ 醇是化石燃料的可持续替代品，有助于开发生态友好且经济可行的生物燃料和化学品。氧化钨 （WO₃） 是该工艺的关键固体酸催化剂，但对其多种形态和独特催化作用的研究有限。本研究研究了多种 WO₃ 形态（纳米片、纳米花、纳米块和四面体八面体）与 Pd 相结合将纤维素转化为 C₂ 醇。Pd/o-WO₃ 催化剂的优化条件下，C₂ 醇（乙二醇和乙醇）的收率最高，为80.9%，其中乙二醇的收率为64.8%。广泛的表征和 DFT 计算表明，较小的元素占用率和较长的 W-O 键长导致 Pd/o-WO₃ 上出现大量晶体缺陷。它促进了 W⁵⁺–OH 位点的形成和 Pd-O(H)-W 的相互作用，进一步协同增强了氢化能力和酸度。设计了阐明纤维素转化途径的实验，包括水解、反醛醇缩合和氢化。本研究强调了 WO₃ 形态的独特影响，并强调了支持晶体缺陷对生态友好型生物燃料和化学生产的催化性能的重要性。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcat.2024.115860

本研究聚焦于棉秸秆（CS）和聚乙烯（PE）在水热共液化过程中的协同效应。在最佳条件（320℃；CS：PE = 4：1；40% 乙醇）下，共液化所得生物油产率从 22.8% 提高到了 45.1wt%，固体残渣减少了6.1%，（气体 + 水相）产物减少了19.2%。气相色谱 - 质谱联用仪（GC - MS）分析表明，油中的含氧化合物减少了，而碳氢化合物从6.2%增加到66.8%。对固体残渣进行的热重分析（TG）和傅里叶变换红外光谱（FT - IR）分析显示，棉秸秆和聚乙烯之间的分解存在显著的相互促进作用。分解动力学计算表明，共处理使分解温度降低了 33℃，质量损失增加了 7.8wt%，分解活化能降低了 6.8%（从 240.0 到 225.7 KJ/mol）。此外，聚乙烯与生物质组分的共液化进一步表明，棉秸秆中的纤维素对聚乙烯的解聚作用最为显著，其次是半纤维素。这种效应可归因于纤维素和半纤维素水解产生的酸促进了聚乙烯的 β - 断裂。由此提出了协同反应路径：棉秸秆和聚乙烯相互促进分解，聚乙烯衍生的烯烃和氢气与棉秸秆的中间产物发生 Diels-Alder、烷基化反应和加氢脱氧（HDO）反应，从而提高了烃类物质的产率并抑制了中间产物的碳化重排。这项工作揭示了协同效应背后的原因和反应路径，为生物原油的生产提供了全面的指导。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157845

在全球水资源短缺的背景下，太阳能海水淡化是解决淡水危机的一种极具前景的方法，提供了一种绿色且可持续的解决方案。然而，传统的太阳能蒸发器（SEs）通常存在诸如盐沉积和传导热损失等问题，这会导致蒸发速率和能量效率降低。此外，它们往往需要使用难以降解的聚合物材料作为隔热层和浮力支撑。在本研究中，我们制造了一种新型的节能自支撑 / 自漂浮太阳能蒸发器，采用生物质材料以实现生物可降解性和可持续性。该太阳能蒸发器的光热层由经硫化铜改性的废棉布制成，具有高亲水性和光热转换效率，且具有分级孔隙结构以便将水快速输送至蒸发表面。太阳能蒸发器的支撑基底由生物质基超疏水气凝胶制成，以提供有效的隔热和自漂浮能力。这种新型太阳能蒸发器的设计在不影响水快速输送的情况下，显著减少了从顶部光热区到水体的热传递，从而防止了盐沉积并提高了能量效率。在 1 个太阳光照下，该太阳能蒸发器的水蒸发速率达到 2.94 kg m-²h-¹，蒸发效率为 94.5%。通过这种工程蒸发系统收集的水适合直接用于农作物灌溉。这种类型的太阳能蒸发器在海水淡化、农业种植领域以及废水处理方面可能具有商业应用潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.157948

二氧化硅气凝胶（SAs）增强复合相变材料（PCMs）的热导率的降低引起了各个领域的兴趣。然而，由于其高比表面积和轻量化特性，将SAs集成到基板中提出了挑战。在这项研究中，我们成功地开发了一种由SA和纤维素纳米晶体（CNC）增强的PCM（石蜡（PW） @CNC/SA@聚乙烯醇（PVA），PW@CNC/SA@PVA）。在这里，可再生的CNCs作为有效的皮克林乳化剂包封PW，而PVA作为粘合剂，稳定SA并保持其纳米孔完整性。CNCs的两亲性在安全封装PW中起着至关重要的作用，其令人印象深刻的含量为63%。测得PW@CNC/SA@PVA的比热容约为106 J/g。值得注意的是，这种材料在超过熔点（60°C）的温度下表现出最小的泄漏（约2 wt %，超过2 h）。此外，疏水多孔SA在PVA溶液中的均匀分散使PW@CNC/SA@PVA具有独特的低导热性和超轻性能。在类似阳光照射的模拟场景中，设计的PW@CNC/SA@PVA显示出长期等代谢应用的巨大潜力。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c04264

木质素是一种丰富的多酚类生物质，具有良好的炭化潜力，是开发环保型阻燃剂的重要材料。本研究将聚磷酸铵（APP）与碱性木质素（AL）结合制备新型核壳阻燃剂APP@AL。然后将APP@AL应用于硬质聚氨酯（RPU）泡沫中，以提高其阻燃性能和与基体的界面相容性。结果表明：阻燃RPU泡沫的平均放热率和总放热率分别下降了76.8%和65.9%，分别达到58.61 kW/m²和19.09 kW/m²，抑烟效果显著提高，TSP降至1.67 m²；每个RPU的阻燃剂含量为聚亚甲基聚苯基异氰酸酯的25%。通过对炭层结构和热解气相产物的分析，进一步解释了阻燃机理。此外，APP@AL增强了RPU的接口兼容性，数字图像相关验证了这一点，这表明压缩过程中的应力传递效率有所提高。与未改性的RPU泡沫相比，APP@AL-modified RPU的抗压强度提高了10.3%，导热系数降低了6.2%。这项工作为硬质聚氨酯泡沫的保温、增强和抑烟提供了一种新的策略。

原文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c06677

获得清洁和可再生能源，例如来自盐度梯度差异的渗透能源，是人类文明可持续发展的核心。尽管纳米流体膜用于渗透能量转换的例子很多，但从丰富的可再生生物质资源中生产的纳米流体膜在很大程度上仍未开发。在这项工作中，棉花衍生的纤维素纳米晶体(CNCs)，通过自组装与聚乙烯醇(PVA)和随后的金属有机骨架(MOF)，UiO-66-(COOH)₂的原位生长，以制造膜，提供一个例子。由于PVA的长链和氢键相互作用，该复合膜具有优异的机械强度和韧性。UiO-66-(COOH)₂的引入使复合膜具有丰富的纳米和亚纳米尺寸的离子传输通道，导致离子电导增加150%，同时还通过与硫酸化CNC的协作提供上级阳离子选择性。MOF含量为27.4%的复合膜在50倍KCl梯度条件下的渗透能量转换性能可达5.10 W m⁻²，对K⁺/Mg²⁺的一价阳离子选择性为1.16。这项工作提出了一种解决方案，通过构建纳米流体膜，使用丰富的可再生生物质材料和一个简单的，低排放的制造过程中收获可再生的渗透能。

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202408695

随着对先进材料的需求增加，具有自我修复、对环境响应等功能的生物混合材料（biohybrids）受到关注。真菌细胞制成的工程活性材料（ELMs）因功能特性（如自组装、自愈、传感和产生植物次生代谢物）具有显著潜力。发光真菌产生的生物发光现象在自然界存在已久，其生物发光的化学过程虽已被研究，但尚未通过操纵真菌发光条件在木材中人工诱导该反应。本文研究通过白腐真菌与轻木结合生产生物发光的混合活性材料。研究发现木材的含水量、氧气量、木质素和作为能源的麦芽都会影响生物发光强度。3个月的孵育期和700-1200%的相对含水量下生物发光最强。该真菌优先降解轻木中的半纤维素和木质素，纤维素结晶结构未改变。与非木质化材料相比，轻木的生物发光更强。研究表明真菌生物发光可能是木质素降解过程中抗氧化代谢的副产物。此研究为未来提供无电、低能耗的光源提供了可能，有助于实现净零排放目标。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202403215

本公众号现全面开放投稿，希望文章作者讲出自己的科研故事，分享论文的精华与亮点。投稿请联系小编（微信号：biomass12345）

为了增加生物质领域科研人员的交流与合作，我们编辑部（木质素高值化利用国家创新联盟秘书处）目前组建了生物质前沿微信交流群，欢迎相关领域研究人员入群讨论，共同进步。

进群方式：添加小编为好友（微信号：biomass12345），邀请入群。

请备注：姓名+单位+研究方向。

另外，本公众号还友情为国内外有需求的实验室免费发布招聘信息，也可为学术机构发布相关学术会议信息。