提到化工厂，你肯定想到了刺鼻的废气、乌黑的废水。确实，利用煤、石油作为原料的化工厂一直是污染的大户。化工制造是世界范围的一大污染源。截至2013年，全球大约近200处受污染场所与此直接相关，约530万人受到潜在威胁，而化工产品应用在医学、化工、合成纤维这些领域，又是人们生活不可或缺的。

    不过，你听说过绿色化工厂吗？只要有太阳存在，几乎没有污染的绿色化工厂就能生产出各种化工产品。今天就来跟你讲讲，如何用木头生产苯酚。

    苯酚在生产生活中应用广泛，是生产某些树脂、杀菌剂、防腐剂，以及药物的重要原料，被大量应用在医学、化工、合成纤维等领域。

    目前来讲，生产苯酚的方法包括苯磺化法、氯苯法、甲苯、苯甲酸法和环己酮法等，也可以采用较为直接的苯氧化法。目之所及几乎全都离不开具有高毒性和高致癌性的苯，且主要是通过重整汽油及炼焦副产品生产。这个过程会产生严重的大气、水体以及植被等污染问题。由于反应进行需要一定的温度，以及后期分离等过程也会消耗大量的能源，高污染+高耗能，就是苯酚在现实生产中面临的情况。

    几乎所有化工厂的初级原料都是煤、石油等传统化石能源，而绿色化工厂的原料，却是大自然中最常见、最廉价的资源之一——生物质，也就是利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体。

    利用的生物质主要是秸秆、玉米芯、竹子等五碳或六碳植物，也就是常见的各种木头。这些生物质的主要成分是木质纤维素、纤维素、半纤维素。其中，利用最广泛的木质纤维素是一种含量最为丰富的有机碳资源，首先通过对木质纤维素进行机械破坏、蒸汽爆破、酸碱处理、生物处理等预处理过程，得到五碳糖或六碳糖，然后利用水热液化等方法对上述糖类进行处理，最终可以得到呋喃、糠醛等平台化合物，通过催化技术就可以将平台化合物转化为生物燃料和精细化学品等。比如，通过选择性加氢绿色化学催化反应，使用贵金属或过渡金属催化剂，在氢气气氛以及高温高压条件下成功实现对糠醛、呋喃、乙酰丙酸等平台化合物的选择性加氢，从而取代传统上以煤、石油等为资源，合成制备具有一定价值的化学品，成功实现化学品的绿色化学制备。

    由于制备过程中需要使用氢气作为氢源，而且需要高温高压条件，该反应体系便具有了一定的危险性，另外该反应需要高温条件也就意味着消耗一定的能量。因此，越来越多的科研工作者开始探索研究通过利用可再生清洁能源——光能，以半导体负载具有优异催化性能的贵金属或过渡金属作为催化剂，实现对一系列来源于生物质的平台化合物进行选择性加氢反应。

    对于清洁能源光能的使用，人们比较熟悉的是利用半导体进行太阳能发电、分解污染物等。至于通过半导体利用光能来制备合成化学品，其实与上述应用有着异曲同工之妙。

    半导体主要由被电子占据的能带价带以及没有电子占据的能带导带组成，价带和导带之间具有一定宽度的空间即为禁带。

    当半导体被太阳光照射，一定波长范围内光的能量高于半导体禁带宽度时，如果以台阶为例，低一级台阶价带中的电子就会被光子激发，因为吸收了能量，所以跨越了台阶间的高度即禁带的阻隔，成功跃迁到高一级台阶导带中成为活跃的受激电子，价带中因为少了一个自由电子就会多一个带正电荷的空穴。当反应物被吸附到半导体催化剂表面时，价带中的空穴和导带中的电子则分别可以对该反应物进行氧化还原反应。

    通过木质纤维素合成芳香族化合物，其实早有人研究过，但是在反应过程中木质纤维素单体中两个苯环不能有效地离开彼此，后续的反应也就难以进行。2017年，来自中国科学院大连化学物理研究所王峰研究员团队利用光能，通过多相催化剂ZnIn2S4对该反应进行催化，以氢解的技术实现了对这一问题的攻克。

    目前，科研人员正致力于提高产品的产量，研究直接利用木质纤维素而不再是其单体做原材料制备苯酚。

    （作者单位：中国科学院青岛生物能源与过程研究所）