随着全球航空业绿色低碳转型进程加速推进，SAF已成为航空领域实现深度减排的重要技术路线。然而，目前工业化SAF路线主要来源于油脂类原料，所得燃料以直链和异构烷烃为主，芳香烃组分不足，难以完全满足航空燃料对能量密度和材料相容性的要求。木质素是自然界唯一丰富且可再生的芳香碳资源，约占陆地生物质有机碳储量的30%，被认为是制备高附加值芳香化学品和可持续航空燃料的重要原料来源。然而，全球每年产生的大量工业木质素仍主要以低值燃烧方式利用，其蕴含的芳香碳资源尚未得到充分开发。在制浆造纸和生物炼制过程中，木质素原有的β-O-4等醚键大量断裂，并伴随着新的C-C缩合键形成，导致其结构高度稳定、反应活性显著降低，给后续解聚转化带来巨大挑战。因此，如何高效活化工业木质素中醚键并实现其选择性断裂，成为木质素高值化利用领域亟待突破的关键科学问题。

【生物基能源与材料】获悉，近日，广东工业大学 生物质化工创新研究院 邱学青教授团队提出了一种基于配位工程的界面构筑策略。研究以工业木质素为碳源和结构模板，通过溶剂–反溶剂诱导自组装方法，实现Ni和Pd前驱体在木质素骨架中的均匀分散与原位限域生长，成功构筑出具有丰富Ni-Pd界面的双金属固溶体催化剂。

研究团队创新性地提出界面电子结构调控新策略，通过配位工程构筑Ni-Pd固溶体界面，实现氢活化、底物吸附与C–O键断裂过程的协同强化。研究揭示了Ni-Pd界面电子重构促进木质素醚键活化和芳香单体生成的内在机制，实现了工业木质素中芳香碳资源的高效释放与定向利用，为生物质基可持续航空燃料前体绿色制备提供了新的理论依据与技术路径。

相关论文以“Coordination-Engineered Ni-Pd on Lignin-Derived Carbon for the Upgrading of Technical Lignin Toward Aromatic-Rich Aviation Fuel Precursors”为题，发表在《Advanced Functional Materials》上。

图文解析

针对工业木质素选择性解聚难题，研究团队提出了一种基于配位工程的界面构筑策略。研究以工业木质素为碳源和结构模板，通过溶剂–反溶剂诱导自组装方法，实现Ni和Pd前驱体在木质素骨架中的均匀分散与原位限域生长，成功构筑出具有丰富Ni-Pd界面的双金属固溶体催化剂。系统表征结果表明，痕量Pd的引入诱导形成均匀稳定的Ni-Pd固溶体结构，并引发显著界面电子重构，形成电子贫化的Niδ+位点与电子富集的Pdδ−位点，构建出兼具氢活化能力和底物吸附能力的协同催化界面。这一界面结构突破了传统单金属催化剂活性位点功能单一的局限，为工业木质素复杂结构的精准转化提供了全新的催化体系。

在工业木质素催化解聚过程中，优化后的NiPd0.1/C催化剂展现出优异性能。以酶解木质素为原料，在300 ℃条件下芳香单体收率达到23 wt.% ，显著优于Ni/C及商业Pd/C催化剂。所得产物以愈创木酚类、紫丁香酚类和对羟基苯基类芳香化合物为主，保留了丰富的芳香环结构，可进一步转化为高密度航空燃料组分。更重要的是，该催化剂在结构更加复杂、缩合程度更高的碱木质素体系中同样保持较高活性，展现出良好的原料适应性和工业应用潜力。

为深入阐明催化本质，研究团队结合二维核磁共振（2D-HSQC NMR）、原位傅里叶变换红外光谱（In situ FTIR）、同步辐射X射线吸收精细结构谱（XAFS）以及密度泛函理论（DFT）计算开展系统研究。研究发现，Ni–Pd界面不仅能够促进氢气高效解离和氢溢流过程，还能够显著增强木质素醚键在界面处的吸附与极化作用。二维核磁结果显示，反应后木质素中β-O-4等关键醚键连接结构基本消失；原位红外进一步证实了木质素醚键逐步断裂并生成酚羟基产物的演化过程。

理论计算表明，Pd的引入重构了Ni位点局域电子环境，使Ni d带中心上移并更接近费米能级，从而显著增强底物吸附能力。β-O-4模型分子在NiPd0.1/C界面的吸附能达到−1.178 eV，明显优于Ni/C和Pd/C体系。同时，界面结构能够有效稳定关键反应中间体并降低C-O键断裂能垒，最终实现工业木质素向芳香单体的高效转化。研究从界面电子结构重构角度揭示了Ni-Pd协同促进木质素醚键活化与定向断裂的内在机制，为复杂生物质催化转化研究提供了理论支撑。

总结与展望

此外，研究团队进一步开展生命周期评价与技术经济分析。结果显示，采用绿氢条件下该工艺具有显著的减碳潜力，同时由于Pd用量大幅降低，相较传统贵金属催化体系展现出更好的经济可行性。该研究从界面电子结构调控角度建立了工业木质素定向解聚的新认识，为工业木质素高值化利用和生物质基可持续航空燃料前体绿色制备提供了新的理论基础和技术路径。

未来，研究团队将进一步围绕工业木质素深度脱氧、环烷烃与芳香烃航空燃料定向构筑等关键问题开展研究。研究成果有望推动工业木质素等低值生物质资源向高性能航空燃料和高附加值芳香化学品转化，为我国绿色航空和“双碳”战略实施提供科技支撑。

原文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.75770

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