科研进展|离子液体([BSO3Hmim][OTf])–水混合体系电催化降解木质素及机理探索

断裂芳基醚键（C_aryl–O）对木质素及其衍生物的转化和增值利用至关重要，但由于C_aryl–O键合牢固，其在温和条件下的催化转化仍极具挑战。

在这项研究中，中国科学院过程工程研究所离子液体研究团队和福州大学江莉龙教授团队共同探究了酸性质子型离子液体[BSO₃Hmim][OTf]电催化解聚四种木质素酚类模型化合物（4-乙氧基苯酚（EP），4-苯氧基苯酚（PP），2-（2-苯乙氧基）苯酚（2-PEP）和对-苯氧基苯酚（PBP））的机理。首先，充分研究了水对离子液体粘度和电导率的影响、氧气在四种溶液体系的扩散速率和溶解度，以优化电解质溶液配比。然后，通过研究木质素模型化合物在纯离子液体以及离子液体-水电解质中的循环伏安曲线，通过分析氧化还原电位确定了氧化还原活性物种及中间体（图1）。进一步研究了三电极电池体系中的PBP降解过程（图2），其中RuO₂-IrO₂/Ti网和石墨交替用作工作电极，另一个用作对电极。结果证实，在O₂气氛下PBP降解包含直接和间接氧化。具体来说，在N₂气氛下，模型底物在RuO₂-IrO₂/Ti网电极上直接氧化，通过断裂C_aryl–O键形成醌和碳正离子，而在O₂气氛下，除了直接氧化之外，木质素底物在电极上的间接氧化也同时发生，并原位生成H₂O₂。木质素芳基醚键（C_aryl–O）直接氧化和间接氧化机理如图3所示。

该工作构建了质子型离子液体-水电解质体系，实现了木质素芳基醚键的温和转化，为电催化转化和解聚木质素C–O键过程提供了详细的机理认识。

图1. [BSO₃Hmim][OTf]和[BSO₃Hmim][OTf]–H₂O体系下木质素模型化合物PBP的CV曲线

（图片来源: Green Chem., 2021, Advance Article）

图2. 不同气氛下PBP的降解率

（图片来源: Green Chem., 2021, Advance Article）

图3. PBP在[BSO₃Hmim][OTf]–H₂O体系下的电催化降解机理

（图片来源: Green Chem., 2021, Advance Article）