ارتقای الکتروشیمیایی لیگنین دپلیمریزشده: مروری بر مطالعات ترکیب مدل

آینده‌ای پایدار مبتنی بر زیست‌منابع نیازمند استفاده از تمامی اجزای زیست‌توده از جمله لیگنین است، که دومین بیوپلیمر فراوان و منبعی از آروماتیک‌های تجدیدپذیر می‌باشد. اگرچه استفاده از آن برای تولید سوخت و انرژی با ارزش کم به خوبی شناخته شده است، استخراج ارزش بیشتر از آن از طریق روش‌های مختلف تبدیل و ارتقاء می‌تواند به راه‌اندازی پالایشگاه‌های زیستی پایدار، اقتصادی و سودآور کمک کرده و فرصت‌هایی برای اجرای اصول شیمی سبز جهت کاهش تاثیرات منفی زیست‌محیطی فراهم کند.

همان‌طور که لیگنین از طریق روش‌های مختلف تبدیل به مونومرها، دایمرها و الیگومرهای فنولیک تبدیل می‌شود، ارتقاء الکتروکاتالیستی این واسطه‌های حاصل از لیگنین روشی پایدار برای ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید با روش‌های تبدیل زیست‌توده به منظور تولید محصولات ارزشمند ارائه می‌دهد. با استفاده از این استراتژی، واسطه‌های فراوان و با ارزش کم لیگنین می‌توانند برای ذخیره برق مازاد تجدیدپذیر به صورت پیوندهای شیمیایی به کار روند.علاوه بر این، این فرآیند امکان تنظیم دقیق انتخاب‌پذیری از طریق کنترل پتانسیل الکتریکی را فراهم می‌کند و از دماها و فشارهای بالا جلوگیری می‌کند که به کاهش بیشتر مصرف انرژی منجر می‌شود.

در اینجا، مروری بر مطالعات اخیر الکتروشیمیایی ترکیبات مدل مشتق شده از لیگنین ارائه می‌دهیم. هم روش‌های اکسیداتیو و هم روش‌های احیاکننده برای ارتقای الکتروکاتالیستی مونومرهای مرتبط با لیگنین مورد بحث قرار گرفته‌اند و همچنین شکست الکتروکاتالیستی دیمرهای لیگنین که نماینده پیوندهای خاص هستند بررسی شده است. به منظور چارچوب‌بندی پیاده‌سازی آینده این فناوری، دیدگاهی نسبت به چالش‌ها و فرصت‌های اصلی در این زمینه روبه‌رشد نیز ارائه می‌دهیم.

“A sustainable bio-based future necessitates the utilization of all components of biomass including lignin, which is the second most abundant biopolymer and a source of renewable aromatics. While its use for low value fuel and power production is well established, deriving further value from it via various conversion and upgrading schemes can help enable economically and environmentally sustainable and profitable biorefineries and provide opportunities to implement the Principles of Green Chemistry to minimize negative environmental impacts.

As lignin is converted to phenolic monomers, dimers, and oligomers via various conversion methods, electrocatalytic upgrading of these lignin-derived intermediates offers a sustainable way to integrate renewable energy sources such as wind and solar with biomass conversion methods to make valuable products. Using this strategy, abundant low-value lignin intermediates can be used to capture excess renewable electricity in the form of chemical bonds. Furthermore, this process allows for fine tuning of selectivity via the control of electrical potential and avoids elevated temperatures and pressures, further reducing energy inputs.

Herein, we present a review of recent electrochemical studies of lignin-derived model compounds. Both oxidative and reductive methods for electrocatalytic upgrading of lignin-relevant monomers are discussed as well as electrocatalytic cleavage of lignin dimers representing specific linkages. Towards framing this technology’s future implementation, we also provide a perspective on the main challenges and opportunities in this growing field.”