星空体育官网下载:FIE 中科大熊宇杰、龚万兵：生物质与塑料的光催化高值化——聚焦键选择性活化的综述

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　　，如何将生物质、废塑料两大 “碳宝藏” 温和、高效、高选择性地转化为燃料与高值化学品，成为能源与环境领域的核心命题。近期，中国科学技术大学熊宇杰、龚万兵团队在ENGINEERING Energy，系统梳理生物质与塑料光催化高值化的反应机理、催化策略与发展路径，为理性设计高效光催化体系提供全新理论指引。

　　突破传统按底物（生物质/塑料）分类的局限以主导键选择性（CH 活化 vs CC 断裂）划分反应路径，揭示跨底物的共性机理。

　　指出CH、CC 键选择性活化是决定反应路径与产物选择性的关键，为精准调控提供理论锚点。

　　阐明生物质与塑料在聚合链结构、晶态/非晶态共存、CC/CH/CO 键组成上的高度相似性，为统一研究奠定基础。

　　基于键活化机制，提出光催化剂理性设计策略，指向高选择性、高原子经济性的碳资源循环利用。

　　二者虽分属天然/合成聚合物，但本质均为高度聚合链状结构，呈现多尺度分级组织：

　　3）分子层面：均以CC、CH、CO键为核心骨架，为相似键活化行为提供内在基础

　　定义：CH 活化为动力学决速步，主导选择性，保留碳骨架，实现官能团转化。

　　o 生物质平台分子（糠醇、HMF、木质素模型物）高选择性氧化制羧酸、芳香单体

　　o PET、PLA、PS 等塑料可控解聚，制乙醛酸、丙酮酸、苯甲酸等高值品

　　关键策略：单原子催化、异质结界面工程、溶剂调控质子耦合电子转移（PCET）。

　　代表数据：糠醇氧化制糠酸选择性99%；木质素解聚产率90%；PLA 转化制丙酮酸选择性 95.9%。

　　定义：CC断裂为决定碳数分布与产物组成的关键步骤，实现碳骨架重构。

　　o PET、PLA、PE、PVC 等塑料断链制短链化学品，耦合产氢/CO2还原。

　　预处理以断裂CO、酯键等非主导键、破坏氢键 / 链缠结为主，提升分散性与反应可及性，不决定最终碳骨架重构路径。

　　2）键选择性活化（CH/CC） 是调控反应路径与产物分布的核心

　　3）以键为中心的统一框架，超越底物分类，为跨体系机理对比与催化剂设计提供新范式。

　　2）电荷动力学提升：突破光生载流子效率瓶颈，推动太阳能-化学能转化效率达 5%10%

　　3）面向实际体系：从模型物走向真实废料，开发抗杂质、可放大的连续流光催化体系

　　4）多场耦合强化：光-热/光-电/光-声协同，突破单一光催化局限，提升速率与选择性

　　5）全链条评估：全生命周期分析（LCA）+技术经济分析（TEA），支撑工业化落地

　　熊宇杰，中国科学技术大学讲席教授、博士生导师，安徽师范大学党委副书记、校长。1996年进入中国科学技术大学少年班系学习，2000年获化学物理学士学位，2004年获无机化学博士学位，师从谢毅院士。2004至2011年先后在美国华盛顿大学（西雅图）、伊利诺伊大学香槟分校、华盛顿大学圣路易斯分校工作。2011年辞去美国国家纳米技术基础设施组织的首席研究员职位，回到中国科学技术大学任教授，建立独立研究团队。曾入选教育部长江学者特聘教授（2018）、国家杰出青年科学基金获得者（2017）、国家级高层次人才计划科学技术创新领军人才（2018），当选欧洲科学院外籍院士（EurASc，2024）、东盟工程与技术科学院外籍院士（AAET，2022）、新加坡国家化学会会士（SNIC，2022）、英国皇家化学会会士（RSC，2017）。现任ACS Materials Letters副主编。主要是做“多场多相催化化学”研究，探索多场耦合和多相流动条件下的催化机制及应用。已发表260余篇通讯作者论文，其中100余篇发表在综合性期刊Sci. Adv.、Nat. Commun.、PNAS、Natl. Sci. Rev.和化学及材料科学三大期刊JACS、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.。论文总引用45,000余次（H指数106），入选科睿唯安全球高被引科学家榜单。曾获国家自然科学二等奖（第三完成人，2012）、安徽省自然科学一等奖（第一完成人，2021）、中国科学院优秀导师奖（2014， 2015，2016，2018）、英国皇家化学会Chem Soc Rev开拓研究者讲座奖（2019）、中美化学与化学生物学教授协会杰出教授奖（2015）。

　　ENGINEERING Energy（原Frontiers in Energy）是中国工程院院刊能源分刊，由中国工程院、上海交通大学和高等教育出版社共同主办。翁史烈院士和倪维斗院士为名誉主编，中国工程院院士黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍担任主编。加拿大皇家科学院、加拿大工程院、中国工程院外籍院士张久俊，美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric，上海交通大学教授Nicolas Alonso-Vante和巨永林担任副主编。

　　ENGINEERING Energy免收版面费，且对于录用的文章无偿提供语言润色以保障出版质量。第一轮审稿周期约30天。

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