近日，深圳大學趙偉課題組利用膜電極反應器研究了電催化加氫還原重要木質纖維素單體生物質有機小分子，突破了析氫等競爭性副反應對于有機電催化加氫速率與能量轉換效率的制約，實現工業級大電流密度的同時，保持了目標產物的高法拉第效率與反應器長時間穩定運行，相關研究以“Electrocatalytic valorization of lignocellulose-derived aromatics at industrial-scale current densities”為題，于2023年11月9日發表在《自然》子刊Nature Communications 上（https://doi.org/10.1038/s41467-023-43136-y），趙偉研究員為論文的唯一通訊作者，彭燾和張文彬碩士為共同第一作者，深圳大學高等研究院為唯一完成單位。基于全球氣候變暖，碳減排和碳中和的背景，利用可再生能源生產的綠色電力，將生物質通過電化學的方法升級為高附加值化學品和燃料吸引了越來越多的研究關注與興趣。通過熱解自然界中不可食用的木頭等材料獲得的木質纖維素生物質油包含有約40–55 %的呋喃和酚類木質素單體（如下圖），可作為有機原料應用于多種重要的化工與醫藥生產，加氫還原可以用來穩定不飽和的生物質油以及提升價值。然而，當前的相關有機電催化加氫反應均存在生產速率（反映為目標產物的偏電流密度）過低的問題，這導致無法滿足進行實際工業化生產的需求。基于前期的工作基礎，趙偉課題組研發了適用于電有機加氫反應的膜電極反應器，使用金屬銠作為擴散電極，對呋喃和木質素單體有機小分子進行耦合電解水加氫反應。金屬銠電極巨大的表面活性面積與選擇性催化活性，膜電極反應器的高效傳質能力，巧妙的平衡了大電流和能量利用效率之間的矛盾，實現了大于300 mA·cm-2的工業級電流密度，以及高達64%的目標加氫產物法拉第效率，極大的提升了此類電有機反應的速率，拓展了實際生產應用的可能性。原位電化學紅外吸收光譜實驗觀測了電催化加氫的具體反應路徑，明確了機理。技術經濟可行性分析表明該高效電催化加氫系統對于實際生物質油煉制應用具有大規模盈利的潛力，該工作對生物質有機分子電催化加氫升級的研究以及新型高效的反應器設計開發具有借鑒意義。
?趙偉，研究員，博導，2006年于中國科學技術大學獲學士學位，2013年于德國埃爾朗根-紐倫堡大學獲理學博士，2018年加入深圳大學高等研究院，獲深圳市海外高層次人才計劃，主要研究方向為清潔能源技術電催化研究，包括生物質電催化轉化，氫能技術與金屬-空氣電池，近3年來，已在Nat. Commun.J. Am. Chem. Soc., ACS Catal., Green Chem. 等國際主流學術期刊以通訊作者發表論文27篇，授權中國發明專利1項。https://www.x-mol.com/groups/Wei_Zhao因課題組發展需要，趙偉課題組面向社會公開招聘博士后（年薪38萬，出站優秀者可留深圳大學晉升為正式教職），Email: weizhao@szu.edu.cn
