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木质素-碳水化合物复合物(LCC)键对纤维素热解化学的影响
Energy Advances ( IF 3.2 ) Pub Date : 2023-12-18 , DOI: 10.1039/d3ya00427a
Arul Mozhi Devan Padmanathan 1 , Seth Beck 1 , Khursheed B. Ansari 2, 3 , Samir H. Mushrif 1
Energy Advances ( IF 3.2 ) Pub Date : 2023-12-18 , DOI: 10.1039/d3ya00427a
Arul Mozhi Devan Padmanathan 1 , Seth Beck 1 , Khursheed B. Ansari 2, 3 , Samir H. Mushrif 1
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了解木质素-碳水化合物复合物 (LCC) 中木质素交联纤维素对纤维素分解反应动力学和化学的影响具有挑战性。本研究结合第一原理分子模拟和薄膜实验来研究关键的纤维素分解机制,包括转糖基化、环收缩和开环,这些机制导致主要生物油成分(左旋葡聚糖、5-羟甲基糠醛和乙醇醛)的形成)。采用从头算分子动力学和元动力学对在纤维二糖的 C2、C3 和 C6 碳位置上具有 β-O-4 苄基醚键的 LCC 分子进行建模。密度泛函理论 (DFT) 计算用于评估通过这些机制的纤维素活化的反应能量学。比较了具有和不具有 LCC 的纤维二糖之间的活化能垒、反应能和前沿分子轨道相互作用,从而深入了解 LCC 连接的影响。测量了天然草本生物质热解的实验产品产量,并将其与纯纤维素热解的产品产量进行了比较。结果表明,与纯纤维二糖相比,LCC 中的交联纤维二糖表现出更高的活化能垒 (2X) 和反应能 (3-4X),表明动力学和热力学发生了改变。LCC 构象异构体之间的差异很小,除了由于 LCC 连接导致 C6 位置被阻断之外。HOMO-LUMO 相互作用的分析揭示了 LCC 中反应中心的空间分离,表明部分间机制优于部分内机制。这项研究强调了木质素和碳水化合物之间的共价LCC键在天然生物质纤维素分解的反应动力学和化学以及主要生物油产品的形成中的新作用。
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更新日期:2023-12-18
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