Solar-Driven Cellulose Photorefining into Arabinose over Oxygen-Doped Carbon Nitride

纤维素 阿拉伯糖 氧气 碳纤维 甲酸 化学 氧化磷酸化 材料科学 激进的 有机化学 生物化学 木糖 发酵 复合数 复合材料
作者
Jiu Wang,Qi Zhao,Pawan Kumar,Heng Zhao,Liquan Jing,Devis Di Tommaso,Rachel Crespo‐Otero,Md Golam Kibria,Jinguang Hu
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (5): 3376-3386 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c06046
摘要

Biomass photorefining is a promising strategy to address the energy crisis and transition toward carbon carbon-neutral society. Here, we demonstrate the feasibility of direct cellulose photorefining into arabinose by a rationally designed oxygen-doped polymeric carbon nitride, which generates favorable oxidative species (e.g., O2–, •OH) for selective oxidative reactions at neutral conditions. In addition, we also illustrate the mechanism of the photocatalytic cellulose to arabinose conversion by density functional theory calculations. The oxygen insertion derived from oxidative radicals at the C1 position of glucose within cellulose leads to oxidative cleavage of β-1,4 glycosidic linkages, resulting in the subsequent gluconic acid formation. The following decarboxylation process of gluconic acid via C1–C2 α-scissions, triggered by surface oxygen-doped active sites, generates arabinose and formic acid, respectively. This work not only offers a mechanistic understanding of cellulose photorefining to arabinose but also sets up an example for illuminating the path toward direct cellulose photorefining into value-added bioproducts under mild conditions.
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