【科研进展】厦门大学林鹿教授团队近期工作总结
团队简介
林鹿教授团队现有固定成员8人，其中正高级职称4人、副高职称2人、中级职称2人。团队带头人林鹿，博士，厦门大学特聘教授、博士生导师，能源学院副院长（主持工作），福建省生物质清洁高值化技术工程研究中心主任、厦门市生物质清洁高值化利用重点实验室主任、厦门大学能源科学与工程双一流学科群能源学院负责人、生物质能学科带头人，2021年当选国际木材科学院院士（Fellow of International Academy of Wood Science）。
团队执行负责人曾宪海，博士，教授，博士生导师，福建省杰出青年基金获得者、福建省雏鹰计划青年拔尖人才计划入选者、厦门大学南强青年拔尖人才计划入选者。
研究方向
林鹿教授团队长期从事木质生物质化学转化和生物转化能源及能源中间体化学品的研究，特别是在木质生物质酸水解化学和葡萄糖在酸水解体系中的化学转化机制与工艺技术、化学品合成及其工业化技术途径等方面。近年来，尤其着重于木质纤维素的组分分离、生物质转化为能源及平台化学品如呋喃类、乙酰丙酸类、戊内酯等领域的创新性基础研究与产业化技术开发，在领域知名期刊如Chem Soc Rev、ACS Catal、J Catal、Nano Energy、Green Chem、Appl Catal B: Environ、ChemSusChem等发表论文超过100篇，撰写专著3部， 授权专利40余项，研究成果获省部级奖项3项。近五年来，团队主持国家重点研发计划课题2项、国家自然科学基金项目及省部级重大重点项目若干。
近期代表性工作
1.综述：木质纤维素生物质转化中常用的高储量3d过渡金属催化剂 (Chemical Society Reviews)
生物质转化为燃料与化学品一直是可再生资源利用学科与生物炼制工业上的热点问题与长期目标，但生产过程成本高昂一直是限制该领域商业化应用的最大阻碍，而开发高活性、低成本的催化剂是解决这一问题的关键。在过去二十年中，高储量、成本经济的3d过渡金属类催化剂由于其高催化活性、高稳定性等特点受到了越来越多的关注，发展十分迅速。该论文详细总结了近年来Cu、Fe、Co、Ni、Mn等3d过渡金属催化剂在生物质转化中的应用进展，并提出了当前相关领域的研究趋势与前景。
Yunchao Feng, Sishi Long, Xing Tang, Yong Sun, Rafael Luque, Xianhai Zeng* and Lu Lin, Earth-abundant 3d-transition-metal catalysts for lignocellulosic biomass conversion, Chemical Society Reviews, 2021, https://doi.org/10.1039/D0CS01601B
2.单原子Ni-N4位点引起的吡啶氮诱导电子耗散对乙醇溶剂中醛、酮还原反应的催化作用研究 (ACS Catalysis)
醛、酮类化合物在可再生溶剂——乙醇中发生的转移加氢反应是制备相应醇类的理想方法。团队发现Ni2.1/CN催化剂的单原子Ni-N4位点可以有效催化带有羟甲基的醛和酮类化合物在乙醇溶剂中的还原反应，表现出很高的催化活性与选择性。该转移加氢反应的氢源即为乙醇。当生物质基5-羟甲基糠醛（5-HMF）作为底物时，反应的转化频率（TOF）高达22 h-1。理论计算与实验结果均表明Ni-N4位点的吡啶氮是反应的活性中心，单原子Ni降低了与其配位的吡啶氮的电子密度，从而提高了吡啶氮催化活性。该研究证明了非金属活性中心也可以催化转移加氢反应，为氮掺杂催化剂在转移加氢反应中的应用开辟了新的思路。
Yunchao Feng, Sishi Long, Binglin Chen, Wenlong Jia, Shunji Xie, Yong Sun, Xing Tang, Shuliang Yang, Xianhai Zeng*, and Lu Lin*, Inducing Electron Dissipation of Pyridinic N Enabled by Single Ni–N4 Sites for the Reduction of Aldehydes/Ketones with Ethanol, ACS Catalysis, 2021, https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01386
3.高分散度富Co/N碳纳米薄层在催化生物基醇类氧化-酯化反应中性能、机理的深入探讨 (Journal of Catalysis)
生物质转化为高附加值化学品领域的关键是开发高活性、环境友好的非贵金属纳米催化剂。该论文报道了一种低成本的Co金属与Co-N掺杂的碳基催化剂，实现了生物质基5-羟甲基糠醛及其他醇类的在甲醇溶剂的氧化-酯化反应，该过程无需碱添加剂。实验结果表明适宜的Co金属与Co-N比例使Co/Co-N/CN催化剂的活性大幅提高。理论计算结果说明Co/Co-N协同促进从Co原子到表面O原子的电子转移过程，并进一步促进了氧气的吸附与Co活性位点的活化、降低了醇类氧化为醛类中间体的能垒，从而使醇类物质的氧化-酯化过程得以顺利进行。该Co/Co-N/CN催化剂除具有高活性外，还具有优异的稳定性与可循环使用性。
Yunchao Feng, Sishi Long, Guihua Yan, Wenlong Jia, Yong Sun, Xing Tang, Zehui Zhang*, Xianhai Zeng* and Lu Lin. Highly dispersed Co/N-rich carbon nanosheets for the oxidative esterification of biomass-derived alcohols: Insights into the catalytic performance and mechanism, Journal of Catalysis, 2021, https://doi.org/10.1016/j.jcat.2021.03.031
4.用于可穿戴压力传感器、超级电容器、摩擦纳米发电机的生物质基多功能波浪形层状碳气凝胶合成 (Nano Energy)
设计具有压缩性、弹性、高线性灵敏度的多功能碳气凝胶是目前研究的热点。团队与厦门大学物理科学与技术学院叶美丹副教授合作开发了一种以葡萄糖、双氰胺纳米片（C-GD）与纤维素纳米纤维（CNFs）混合煅烧制备氮掺杂碳气凝胶（C-NGD）的合成策略。C-NGD具有出色的弹性、压缩性及抗疲劳性。C-GD与CNFs间的互相作用形成具有高稳定性的波浪形层状结构，可以抵抗高压缩应变（95%）及长时间的压缩（3000次，应变50%）。此外，该材料还在0-10 kPa下具有很宽的线性灵敏度（可达10.08 kPa-1）。基于这些优势，C-NGD可用于制造监测身体动作与生物信号的可穿戴压缩电阻传感设备。此外，C-NGD还可应用于超级电容器与摩擦纳米发电机中。因此，该碳气凝胶是在柔性电子、能量转化与储存设备等领域有着巨大应用潜力的多功能材料。
Sishi Long，Yunchao Feng，Faliang He，Jizhong Zhao，Tian Bai，Hongbin Lin，Wanli Cai， Chaowu Mao， Yuhan Chen， Lihui Gan， Jian Liu， Meidan Ye*， Xianhai Zeng* and Minnan Long, Biomass-derived, multifunctional and wave-layered carbon aerogels toward wearable pressure sensors, supercapacitors and triboelectric nanogenerators, Nano Energy, 2021, https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105973
5.一种高活性、高稳定性USY负载Zr基配位聚合物催化剂及其在果糖一锅法转化为2,5-呋喃二甲醇二异丙基醚中的应用 (Journal of Catalysis)
果糖转化为生物燃料组分2,5-呋喃二甲醇二异丙基醚（BPMF）需要经历水解、还原、醚化等多步反应，因此其一锅法合成是极具挑战性的，需要在多功能催化剂的存在下才可以实现。因此，该论文报道了一种简单可靠的USY分子筛负载的Zr/2-甲基咪唑配位聚合物催化剂，其中N-Al键由2-甲基咪唑与USY载体上的羟基在室温下发生缩合反应形成。所得USY-ZrCP催化剂表面具有丰富的强Lewis酸位点与适当的Brønsted酸位点，分别由分散度极高的Zr(IV)与分子筛羟基提供。USY-ZrCP可催化果糖在异丙醇溶剂中发生连续水解、MPV还原、与醚化，从而实现了由果糖一锅法合成BPMF，产率高达82.6%。该工作提供了一个合成用于生物质原料转化为下游衍生物所需高活性、高稳定性固体酸催化剂的新途径。
Junnan Wei, Ting Wang, Huai Liu, Yiqiang Liu, Xing Tang*, Yong Sun, Xianhai Zeng, Tingzhou Lei, Shijie Liu and Lu Lin*, Assembly of Zr-based coordination polymer over USY zeolite as a highly efficient and robust acid catalyst for one-pot transformation of fructose into 2,5-bis(isopropoxymethyl)furan, Journal of Catalysis, 2020, https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.05.020
6.氯化胆碱促进生物质基乙酰丙酸无溶剂加氢合成γ-戊内酯 (Green Chemistry)
γ-戊内酯（GVL）是一种用途广泛的生物质基平台小分子，可由生物质基乙酰丙酸（LA）加氢还原制备。理想的情况下，该反应可在无需溶剂条件下高效进行，但LA 的羧基通常会强烈吸附在金属催化剂表面，导致加氢活性位点被堵塞。该论文提出了一种有效解决该问题的方法，即利用氯化胆碱（ChCl）可与LA羧基形成氢键的特性来抑制羧基在Ru/C催化剂表面的吸附，这样既保证了加氢位点的活性，又同时促进了LA羰基在Ru/C表面的吸附，极大的提高了LA无溶剂加氢转化为GVL的反应速率与产率。
Huai Liu, Xuejuan Cao, Xing Tang*, Xianhai Zeng, Yong Sun, Xixian Ke and Lu Lin, Choline chloride-promoted efficient solvent-free hydrogenation of biomass-derived levulinic acid to γ-valerolactone over Ru/C, Green Chemistry, 2021, https://doi.org/10.1039/D1GC00100K
课题组近期代表性工作
1.Yunchao Feng, Sishi Long, Xing Tang, Yong Sun, Rafael Luque, Xianhai Zeng* and Lu Lin, Earth-abundant 3d-transition-metal catalysts for lignocellulosic biomass conversion, Chemical Society Reviews, 2021, 50: 6042-6093.
2.Yunchao Feng, Sishi Long, Binglin Chen, Wenlong Jia, Shunji Xie, Yong Sun, Xing Tang, Shuliang Yang, Xianhai Zeng*, and Lu Lin*, Inducing Electron Dissipation of Pyridinic N Enabled by Single Ni–N4 Sites for the Reduction of Aldehydes/Ketones with Ethanol, ACS Catalysis, 2021, https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01386
3.Yunchao Feng, Sishi Long, Guihua Yan, Wenlong Jia, Yong Sun, Xing Tang, Zehui Zhang*, Xianhai Zeng* and Lu Lin. Highly dispersed Co/N-rich carbon nanosheets for the oxidative esterification of biomass-derived alcohols: Insights into the catalytic performance and mechanism, Journal of Catalysis, 2021, 397:148-155.
4.Sishi Long，Yunchao Feng，Faliang He，Jizhong Zhao，Tian Bai，Hongbin Lin，Wanli Cai， Chaowu Mao， Yuhan Chen， Lihui Gan， Jian Liu， Meidan Ye*， Xianhai Zeng* and Minnan Long, Biomass-derived, multifunctional and wave-layered carbon aerogels toward wearable pressure sensors, supercapacitors and triboelectric nanogenerators, Nano Energy, 2021, 85:105973.
5.Junnan Wei, Ting Wang, Huai Liu, Yiqiang Liu, Xing Tang*, Yong Sun, Xianhai Zeng, Tingzhou Lei, Shijie Liu and Lu Lin*, Assembly of Zr-based coordination polymer over USY zeolite as a highly efficient and robust acid catalyst for one-pot transformation of fructose into 2,5-bis(isopropoxymethyl)furan, Journal of Catalysis, 2020, 389: 87-98.
6.Huai Liu, Xuejuan Cao, Xing Tang*, Xianhai Zeng, Yong Sun, Xixian Ke and Lu Lin, Choline chloride-promoted efficient solvent-free hydrogenation of biomass-derived levulinic acid to γ-valerolactone over Ru/C, Green Chemistry, 2021, 23: 1983-1988.
7.Yunchao Feng., SiShi Long, Guihua Yan, Binglin Chen, Jonathan Sperry, Wanjie Xu, Yong Sun, Xing Tang, Xianhai Zeng* and Lu Lin, Manganese catalyzed transfer hydrogenation of biomass-derived aldehydes: Insights to the catalytic performance and mechanism, Journal of Catalysis, 2020, 389: 157-165.
8.Junnan Wei, Ting Wang, Xuejuan Cao, Huai Liu, Xing Tang, Yong Sun, Xianhai Zeng, Tingzhou Lei, Shijie Liu and Lu Lin*, A flexible Cu-based catalyst system for the transformation of fructose to furanyl ethers as potential bio-fuels, Applied Catalysis B: Environmental, 2019, 258: 117793.
9.Binglin Chen, Zheng Li, Yunchao Feng, Weiwei Hao, Yong Sun, Xing Tang, Xianhai Zeng* and Lu Lin, Green process for 5‐(chloromethyl) furfural production from biomass in three‐constituent deep eutectic solvent, ChemSusChem, 2021, 14(3): 847-851.
10.Juan Du, Jiaren Zhang, Yong Sun*, Wenlong Jia, Zhihao Si, He Gao, Xing Tang, Xianhai Zeng, Tingzhou Lei, Shijie Liu and Lu Lin*, Catalytic transfer hydrogenation of biomass-derived furfural to furfuryl alcohol over in-situ prepared nano Cu-Pd/C catalyst using formic acid as hydrogen source, Journal of Catalysis, 2018, 368: 69-78.
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