Catalytic refining lignin into toluene over atomically dispersed Cu/Ni dual sites

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作者
Xin Zhao,Changzhi Li,Jie Wen,Qiang Qian,Zirong Shen,Haipeng Yu,Xin Zhou,Fengxia Yue,Ruiqi Fang,Yingwei Li,Tao Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 7967-7967 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41467-025-63286-5
摘要

Lignin refining still suffers from great challenges of selective depolymerization and cleavage of stubborn C‒C linkages. Here, a robust atomically dispersed Cu/Ni-SA@HNC catalyst is fabricated for super-selective hydrogenolysis of lignin and model compounds via an unusual “preferential Cα–Cβ bond cleavage in β-O-4 linkages” pathway, affording toluene in yield up to 75.7% from β-O-4 model compounds, and up to 33.7 ± 1.6 wt% (nine parallel experiments) from poplar lignin. The catalyst exhibits high stability, and the scale-up potential is demonstrated by the high space-time yield of toluene (33.7 g·gcat−1·h−1) in continuous flow reaction of β-O-4 model compound. The origin of the extraordinary selectivity towards Cα–Cβ bond cleavage rather than C‒O bond cleavage in β-O-4 model compounds is uncovered. This work conquers the major challenges in lignin valorization by using non-noble dual-metal single-atom catalyst, not only showcasing the application perspective of atomically dispersed catalysts in biopolymer refinery, but also providing a cost-efficient, petroleum independent solution to valuable commodity chemicals. Lignin refining continues to face major challenges in achieving selective depolymerization and breaking resistant C–C bonds. In this work, the authors design a robust atomically dispersed Cu/Ni-SA@HNC catalyst that enables highly selective hydrogenolysis of lignin and model compounds through an unconventional pathway involving preferential Cα–Cβ bond cleavage in β-O-4 linkages.
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