木質素是自然界儲量最豐富的芳香化合物之源,其化學鍵鏈結構中β-O-4鍵占60%,選擇性地切斷該鍵是獲得高值芳香化合物單體的關鍵。研究發現,可見光照射下,CdS納米粒子在室溫條件下即可高效催化木質素模型分子中β-O-4的斷鍵,其效率高于傳統的高溫熱催化體系。
然而,當以真實生物質(樺木)為原料時,CdS納米粒子基本無法催化轉化其中的原生木質素。其主要原因是原生木質素在溫和條件下幾乎不溶于任何溶劑,使得反應物(原生木質素)和多相催化劑無法實現分子水平上的有效接觸。
研究人員發現并充分利用了CdS納米粒子量子點的膠體特性,通過調節量子點的表面活性劑和所使用的溶劑,使量子點高分散或近似溶于溶劑中。結果顯示,在可見光照射下,得到了84%的理論芳香化合物單體產率。進一步通過弱酸催化水解半纖維素,獲得84%的木糖產率;通過酶解纖維素,獲得91%的葡萄糖產率,最終實現了木質纖維素的全利用。