【2020年末盘点】Chemical Reviews 生物质领域相关综述盘点

导语

这一期，我们选取了美国化学会的综述期刊Chemical Reviews。Chemical Reviews目前影响因子52.758，并长期占据着化学领域影响因子第一的宝座。对于任何一位从事化学相关研究的研究人员，Chemical Reviews都是极重要的期刊。

01

可再生生物质资源中纳米复合材料的化学、结构和先进应用

通讯作者：Vijay Kumar Thakur，生物炼制及先进材料研究中心，苏格兰农村学院；增强型复合材料与结构中心，克兰菲尔德大学；机械工程学院，希夫·纳达尔大学。Email: [e-mail], [e-mail]

随着人们对环境污染、废物堆积和生态破坏以及不可避免的化石资源枯竭等问题的日渐关注，科学家们也逐渐将目光转移到了利用生物基可再生资源开发新材料的相关研究。生物基可再生材料在许多应用中被广泛地用作基质或增强材料。在创新方法和材料的发展中，复合材料由于其各种优异的性能显示出了重要的优势，例如，易于制造，更高的机械性能，高热稳定性等优点，尤其是纳米复合材料(利用生物基可再生源制备)与传统复合材料相比具有显著的优势。纳米复合材料在食品、生物医学、电分析、储能、废水处理、汽车等领域有着广泛的应用。

基于此本文全面综述了从生物基可再生资源制备的纳米复合材料的相关研究，包括各种材料的化学和结构性质，以及其在不同领域的应用和最新进展。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00553

02

低共熔溶剂：基础和应用回顾

通讯作者：Joshua R. Sangoro，田纳西大学，化学与生物分子工程系, Email: [e-mail]

低共熔溶剂(DESs)是一类新兴的由混合物组成的绿色溶剂。与其纯组分相比，制备后的DESs具有显著降低的熔点。DESs由于其价格低廉且表现出许多可调的物理化学性质而具有广阔的应用前景。本文详细的回顾了目前的相关文献，发现目前缺乏对这类溶剂中支配结构-性质关系的微观机制的预测性理解。复杂的氢键被认为是它们熔点降低和物理化学性质改变的根本原因。为了理解这些氢键网络，必须将EDSs作为动态实体进行模拟和实验研究。本文着重阐述了近年来的研究成果，以阐明下一步发展的基本框架，并需要更深入地理解DESs。同时，本文涵盖了DES研究的最新进展，列举出了相关的重要科学问题，基于该领域朝着预测模型和对这些溶剂的更深层次的基本认识的发展模式本文还进一步明确了未来较有前景的研究方向。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00385

03

用于先进电化学储能器件的碳基纤维

通讯作者：成会明，中国科学院院士，深圳盖姆石墨烯研究中心，清华-伯克利深圳研究院，清华大学，Email: [e-mail]

先进的电化学储能装置(EESDs)可以有效地存储电能，同时具有微型化、柔性化、可穿戴化、可承重化等特点，广泛应用于柔性、可穿戴、便携式电子产品以及轻型电动汽车、航空航天设备等领域。碳基纤维由于其重量轻、高导电性、优异的机械强度、柔韧性和可调的电化学性能，在这些先进的电致伸缩元件(如超级电容器和电池)的开发中具有广阔的前景。本文综述了碳基纤维的制备技术，特别是碳纳米纤维、碳纳米管基纤维和石墨烯基纤维，以及改善其机械性能、电学性能和电化学性能的各种策略。突出强调了先进EESDs的设计、装配和潜在应用。最后，讨论了碳基纤维在先进EESDs中的挑战和未来的机遇。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00466

04

生物质基有机物的电催化氢解反应

通讯作者：Roger Rousseau，综合催化研究所，太平洋西北国家实验室，Email: [e-mail]；Vassiliki-Alexandra Glezakou，综合催化研究所，太平洋西北国家实验室，Email: [e-mail]

可持续能源生产要求从集中的、高温的、能源密集型的过程转向分散的、低温的转化，这种转化可以由可再生能源产生的电力提供动力。生物质衍生原料的电催化转化将使碳循环在缺乏汇集和高热源的情况下实现对分布较为分散的、能源贫乏的资源的有效利用。电催化加氢(ECH)对原料进行升级转化，需要具有选择性的低温高效电催化剂。为了有效地产生能量密集的化学品和燃料，必须满足两个设计标准: (i) 通过ECH技术得到高氢碳比的高质量燃料和混合燃料；(ii)通过电化学脱羧/脱氧降低目标分子中的O:C比，提高燃料和化学品的稳定性。

本综述的目的是确定以下问题是否已经在发表文献中得到了充分的回答，如果没有，还需要哪些额外的信息:

(1)在一定的反应条件下，哪些有机官能团可用于电催化加氢?取代基和官能团如何影响ECH的活性和选择性?

(2)什么材料特性使电催化剂对ECH具有活性?能否根据电催化剂的类型制定ECH的总体发展趋势?

(3)反应条件(电解液浓度、pH、操作电位)和反应器类型的影响是什么?

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00158

05

生物质基C2-C6平台化学品在连续反应器中的升级转化

通讯作者：Jean-Christophe M. Monbaliu，综合技术与有机合成中心，比利时列日大学，Email: [e-mail]

不断增长的商品和特殊化学品的工业生产，将逐渐耗尽地球上有限的主要化石资源。对今后30年人口增长的预测将有力地促进开发除石油资源以外的其他资源。与化石资源相比，可再生生物质资源是化学原料的取之不尽用之不竭的储藏库。将目前的工业模式从几乎完全以石油为基础的资源转变为可替代的生物基原料需要对目前工业化学过程所依赖的概念和技术进行完善。由于其独特的工艺经验、可扩展性和显著降低的环境污染等固有特点，连续流动化学反应模式在当前的反应体系下扮演着重要的角色。本文综述了C2 - C6生物平台化学品，包括多元醇(乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、甘油、1,4-丁二醇、木糖醇和山梨醇)、呋喃类化合物(糠醛和5-羟甲基糠醛)和羧酸(乳酸、琥珀酸、反丁烯二酸、苹果酸、衣康酸和乙酰丙酸)在连续反应器中催化转化的实例。本文旨在说明使用连续流动化学技术的新工艺概念将生物基平台分子升级为商品或特殊化学品的各个方面，并希望这些新工艺概念可以改变生物炼制的未来发展模式。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00846

06

金属催化非应变醇的碳-碳键断裂

通讯作者：Bill Morandi，ETH Zürich，Email: [e-mail]

由于分子中C-C键的固有稳定性，通过将其切割并实现分子的官能化被认为是有机合成领域的一个巨大挑战。近年来，利用应变能释放激活小环分子的研究取得了重大进展。相比之下，用于激活非应变碳-碳单键的催化方法的数量仍然有限。本文综述了过渡金属催化的非应变醇通过β-碳消除裂解C−C键的最新进展。本文重点讨论分子转换的机理，以及它们在分子的解构和重组中的应用。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00154

07

较低活性的酚类和酚类衍生物的C-O裂解转化

通讯作者：李朝军，加拿大皇家科学院院士, FQRNT绿色化学与催化中心，麦吉尔大学，Email: [e-mail]

在环保性和可持续性方面，用酚类和酚类衍生物作为亲电试剂进行交叉偶联反应，比常用的芳基卤化物有更多优势。在发现这种转变的早期阶段，大部分的研究都致力于利用高度活性的磺酸类苯酚衍生物(如OTf、OTs等)，它们与相应的芳基卤化物具有相似的反应活性。然而，一个持续存在的科学挑战是如何更有效地实现活性相对较低的苯酚衍生物的直接C−O官能团化。基于此，本文重点综述了最近的C−O功能化较低活性的酚衍物。按成键的类型区分，从芳基羧化物(如三甲基乙酸盐、醋酸纤维素等)、芳基氨基甲酸盐和碳酸盐，到芳基醚(苯甲醚、二芳基醚芳基吡啶基醚,芳基甲硅烷基醚)、苯酚盐,以及最终的不受保护的酚类。过渡金属催化和无过渡金属催化都被详细讨论。相反，由于其高反应活性，本文中芳基磺酸盐的C−O官能团化除非是密切相关否则将不会被广泛讨论。由于芳基醚和酚类化合物是木质素生物质中主要的连接或单元，这类物质转化的成功将对木质素生物质的直接升级和解聚有潜在的重大贡献。

文献链接：

https://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00088