Electrocatalytic Oxidative Cleavage of Lignin： Facile and Efficient Biomass Valorization Strategy

doi:10.7503/cjcu20220749

Abstract

Abstract:

Lignin， as an intriguing native renewable aromatic polymer， can be depolymerized into aromatic platform chemicals by catalysis procedures， and its high-value conversion is of great significance for realizing the green and sustainable production of biofuels， fine chemicals， and bulk chemicals. With this regard， catalytic oxidation of lignin through electrochemistry offers an economized energy nature with tunable potential or current to determine the products selectivity and conversion rate. However， to realize the controllable degradation of lignin， the electrocatalytic system， including the catalysts， electrolyte， reaction cell， etc.， should be rationally designed based on the well-understanding of the depolymerization mechanism. In this review， we focused on the bond cleavage mechanism of C—C bond and C—O bond， respectively， in the depolymerization of lignin. Research works based on the different bond cleavage mechanisms in the electrochemical oxidation of lignin and its model compounds to aromatic monomers in recent years were reviewed here， including the different types of catalytic systems， electrocatalysts， and free radical initiators. Of which the free radical intermediates play decisive role in the highly selective cleavage of C—O and C—C bonds. Finally， the challenges and development perspectives in the future of electrocatalytic lignin depolymerization are also provided.

Key words: Electrocatalysis, Lignin depolymerization, Electro-oxidation, Model compound, Reaction mechanism

CLC Number:

O636.2

TrendMD:

XU Jianing, BAI Wenjing, LOU Yuhan, YU Haipeng, DOU Shuo. Electrocatalytic Oxidative Cleavage of Lignin： Facile and Efficient Biomass Valorization Strategy[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(5): 20220749.

Figures/Tables 6

Fig.1 Monolignol structures of lignins with different linkages

Fig.2 Mechanism of alcohol oxidation by oxoammonium under basic and acidic conditions(A) and chemoselective alcohol oxidation strategies for cleavage of β⁃O⁃4 lignin model(B)[48]

Fig.3 Scope of the one⁃pot electrocatalytic oxidation⁃reductive cleavage[49]

Fig.4 Cyclic voltammograms of nickel foam in 1.0 mol/L KOH before and after the addition of 20 mg of EOL⁃AS(A) and EOL⁃LP(B) lignin and schematic representation of the oxidation and cleavage of the lignin β⁃O⁃4 unit(C)[59]

Fig.5 Mechanism of mesoporous graphitic carbon nitrides on catalyzing the transformation of lignin model molecule(A)[82] and mechanism for the electrocatalytic C α —C β bond cleavage of the lignin model compound(B)[83]（A） Copyright 2018， American Chemical Society；（B） Copyright 2021， American Chemical Society

Fig.6 A plausible tandem nucleophilic oxidation reaction(NOR) mechanism for electrochemical oxidation (A)[87] and proposed oxidation pathways of PPE(B)[88]1. PPE； 2. 2⁃Phenoxy⁃1⁃phe⁃nylethanone； 3. （Z）⁃2⁃phenoxy⁃1⁃phenylethen⁃1⁃ol； 4. the intermediates of free radical

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