洁净煤技术

作者：李怡萱, 刘庆宇, 张会岩, 肖睿, 储升

关键词：生物质,光电催化,高值化学品,催化转化,转化率

在全球“双碳”背景下，生物质作为自然界中储量最丰富的可再生碳资源，具有可持续的大规模供应能力，兼具碳中性、来源广泛和经济适应性强等优势，被视为化石资源的理想替代与可持续能源化工体系的重要基石。然而，受其多组分交织、三维交联结构及多类型化学键特性的影响，生物质高效利用仍面临转化路径复杂、反应选择性不足及能耗高等挑战。传统热催化方法虽可实现较高转化率，但往往依赖较高的温度和压力条件，难以精准控制产物分布，且易引发积碳、结焦等副反应。为此，亟需发展在温和条件下实现高选择性、高效率转化的绿色催化策略。光电催化生物质转化是一种利用光电催化剂吸收光能并激发电子−空穴对的过程，光生空穴可在阳极侧选择性氧化生物质分子中反应活性高的官能团，而光生电子则在阴极侧参与还原反应。通过能带结构的精准调控与界面工程设计，可优化载流子分离与迁移效率，抑制副反应发生，实现生物质特定化学键的选择性断裂及功能基团的精准保留，从而在温和条件下高效合成葡萄糖酸、芳香族化合物等高值化学品。基于生物质的组成与结构特征，分类综述了综纤维素、木质素及其衍生物的光电催化转化研究进展。针对综纤维素部分，重点阐述了葡萄糖、甘油等典型平台分子在光电催化体系中的转化路径、产物分布特征及影响因素；对于木质素部分，从结构中C—O键与C—C键的选择性断裂2个维度进行分类总结，涵盖不同光电催化体系在木质素解聚及高值化产物合成中的应用，并分析了染料敏化体系、三室光电生化协同反应等新兴技术在提升转化效率与产物选择性方面的优势。在此基础上，归纳了光电催化剂设计的核心准则，并探讨了界面工程、缺陷调控、掺杂改性等提升催化活性与稳定性的有效策略。最后，总结目前光电催化生物质转化在原料复杂性、反应选择性及能量匹配等方面面临的挑战，并展望原生生物质全组分的高值化利用、双极协同催化等未来研究方向，为生物质光电催化转化机理研究和催化剂筛选优化提供理论支撑与技术参考。

来源：2025年第9期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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