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 生物質(zhì)作為地球上最為豐富的可再生資源之一，通過催化轉(zhuǎn)化可以制備一系列替代傳統(tǒng)化石資源的燃料和化學品，對雙碳目標的實現(xiàn)具有至關(guān)重要的作用。太陽能是地球上大多數(shù)能源的最初源頭，將其引入催化反應(yīng)可以極大地縮短能源利用路徑，提高反應(yīng)過程的可持續(xù)性。

中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所非金屬催化團隊一直聚焦生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與典型化工反應(yīng)的高效多相催化研究與應(yīng)用，基于耦合催化理念，開發(fā)了一系列耦合催化新技術(shù)和新材料（Nat. Catal., 2021, 4, 1002; Nat. Commun., 2015, 6, 7181; Chem. Eng. J., 2021, 424, 130320; Green Chem., 2021, 23, 3241等）。以生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化為例，采用二苯基亞砜（DPhSO）同時作為溶劑和催化劑用于果糖脫水制HMF反應(yīng)，實現(xiàn)了HMF高效合成與分離，為低成本生產(chǎn)高純HMF提供了全新的技術(shù)路線（專利2020115020501；Green Chem., 2021, 23, 3241）；制備碳量子點催化劑，實現(xiàn)了50℃低溫高效催化果糖脫水制HMF（Catal. Lett., 2021, 151, 1; Mater. Today Chem., 2021, 20, 100423）；以泡沫金屬上原位生長的Co3O4納米線和CoOOH納米片為電催化劑，實現(xiàn)了安全高效制備2,5 -呋喃二甲酸（FDCA）耦合析氫（Appl. Catal. B, 2021, 297, 120396; Green Chem., 2019, 21, 6699）。

最近，團隊以自然光為輸入能源，首次將呋喃二甲醇（BHMF）通過光伏-電催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為高值生物基平臺化合物FDCA和氫氣。研究人員以8cm×6cm的光伏板（0.65W）為電源，以原位氧化得到的Co3O4納米片為雙功能催化劑電解BHMF堿水溶液，反應(yīng)90min可獲得收率為93.5%的FDCA和高純氫氣。該耦合反應(yīng)方法不需要使用昂貴的質(zhì)子交換隔膜，安全性高。此外，光伏耦合電催化能夠避免直接光催化因光生空穴氧化能力過高對呋喃環(huán)的礦化降解，其產(chǎn)氫效率也遠高于直接光催化分解水產(chǎn)氫。研究成果以“Sustainable biomass upgrading coupled with H2 generation over in-situ oxidized Co3O4 electrocatalysts”為題發(fā)表在催化領(lǐng)域國際著名期刊Applied Catalysis B: Environmental上（2022, 307(15): 121209，https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121209），相關(guān)技術(shù)已申請8項中國發(fā)明專利和PCT專利，其中一項已獲授權(quán)（ZL201910891734.6）。光伏-電催化技術(shù)為傳統(tǒng)催化提供了一條制備生物基高值化學品同時產(chǎn)生綠氫的可持續(xù)發(fā)展道路。

本工作得到了國家自然科學基金（22072170）、浙江省自然科學基金（LY19B030003、LQ19B060002）和浙江省重點研發(fā)項目（2021C03170）、中科院前沿科學重點研究計劃（QYZDB-SSW-JSC037）和寧波市2025科技重大專項（2018B10056、2019B10096）的資助。

原標題：寧波材料所在生物質(zhì)光伏-電催化轉(zhuǎn)化耦合產(chǎn)氫研究方面取得進展