木质素，植物细胞壁的“钢筋骨架”，也是自然界最丰富的芳香族聚合物。

传统木质素结构复杂、连接键多样，催化解聚产物极其复杂，限制了其高值化利用。但自然界中存在一种“理想木质素”——C-木质素，由单一的苯并二氧六环结构单元组成，理论上可100%转化为单一的邻苯二酚类产物。然而，苯并二氧六环含有双C-O键，键能高、空间位阻大，传统催化剂难以高效切断。

北京林业大学宋国勇教授、王水众教授与华北电力大学陆强教授团队设计了一种Co-Zn双原子催化剂，通过Co和Zn的协同作用，实现了C-木质素中邻位C-O键的准协同断裂。

成果于2026年8月18日发表于《自然-通讯》。

邻苯二酚产率达84.6%，4-丙基邻苯二酚选择性82%，转化数（TON）是贵金属Ru/C的5倍，且催化剂成本仅为Ru/C的约万分之一。

双原子“各司其职”

双原子催化剂的设计基于苯并二氧六环中O···O距离（~2.84 Å）与典型双原子位点金属间距（2.3-2.8 Å）的空间匹配。Co-Zn双原子位点的间距为2.79±0.07 Å，恰好与底物中两个O原子的距离匹配。两个金属原子各司其职：

• Zn：亲氧的Zn作为“导向中心”，优先与底物中的一个O原子配位，将底物“拉”到催化剂表面合适的位置
• Co：变价灵活的Co作为“活性中心”，活化H₂、切断C-O键

Figure 1（C-木质素结构与催化剂设计策略）

Figure 2（催化剂合成与结构表征）

HAADF-STEM直接观察到Co-Zn原子对，EXAFS确认Co和Zn均为N₄配位。对照实验显示，单原子Co或Zn单独使用时邻苯二酚产率仅28%和16%，而Co-Zn双原子组合将其提升至84.6%——协同效应是单原子简单加和的近两倍。

Figure 3（XAFS表征：Co-Zn双原子的局部配位环境）

性能：84.6%产率，TON是Ru/C的5倍

在优化条件（1,4-二氧六环，240°C，3 MPa H₂，40 wt%催化剂）下，Co-Zn双原子催化剂实现：

• 邻苯二酚产率84.6%
• 4-丙基邻苯二酚选择性82%
• TON达67 mol邻苯二酚/mol Co，是Ru/C（5 wt%）的5倍
• 金属成本仅为Ru/C的约万分之一

催化剂可经600°C煅烧再生，第5轮仍保持67-78%产率。

Figure 4（C-木质素氢解性能）

Figure 5（种子壳的直接还原催化解聚）

Figure 6（模型化合物氢解与动力学）

Figure 7（DFT计算反应路径）

Figure 8（C-木质素衍生邻苯二酚的高值化转化）

机理：准协同断裂与DFT验证

DFT计算揭示：Co位点活化H₂形成Co-H和N-H物种；Zn将底物导向Co-H附近；Co-H进攻Cβ-O键（能垒2.4 eV）使其断裂，随后Cα-O键自发断裂——两步紧密耦合，形成准协同断裂。Hirshfeld电荷分析显示Co位点电荷剧烈波动（+0.52至+0.79|e|），Zn保持相对稳定（+1.43至+1.49|e|），证实了Co和Zn的功能分工。

论文信息：Synergistic Co–Zn dual atomic sites drive C-lignin hydrogenolysis via vicinal C–O cleavage，Nature Communications，2026，

DOI: 10.1038/s41467-026-76577-2

总结：

Co-Zn双原子催化剂（间距2.79 Å）匹配苯并二氧六环O···O距离→Zn导向+Co活化→准协同断裂双C-O键→邻苯二酚84.6%/TON 67→成本为Ru/C万分之一→产物可转化为药物/农药/光电材料前体。