木质素催化解聚后的产物通常为具有不同官能团的酚类混合物，难以直接利用。将复杂的解聚产物通过加氢提质手段转化为更单一的产物是实现其高值化利用的重要前提。4-烷基苯酚在合成橡胶、医药、涂料和炼油等工业中有着重要的用途。目前，这类化合物主要来源于化石原料，通过苯酚与烯烃、醇或醚的烷基化反应制备，生产过程中存在高污染和低选择性的问题。

近日，中科院大连化物所张涛院士团队李昌志研究员与湘潭大学王威燕教授合作，基于氧空位的还原性及对金属离子的吸附，通过原位氧化还原将Pt原子锚定在TiO₂表面，构筑出高活性单原子催化剂用于木质素解聚单体的脱甲氧基反应生成4-烷基苯酚，体现出与纳米催化剂完全不同的产物选择性。

木质素解聚产物主要包括愈创木酚类化合物，这些化合物中含有Ar–OH、Ar–OCH₃、ArO–CH₃和苯环等多个基团。然而，在氢气存在条件下，金属容易催化酚类化合物中苯环加氢而降低芳香性，其次，愈创木酚中C–O键断裂的能垒为Ar–OH > Ar–OCH₃ > ArO–CH₃，导致选择性脱除甲氧基的难度明显增加。因此，如何选择性脱除木质素解聚单体中的甲氧基而不破坏芳环并保留酚羟基，是获得4-烷基苯酚的核心问题，而解决该问题的关键在于构筑高选择性的催化剂。

与纳米颗粒相比，单原子催化剂（SACs）具有最大化原子利用率和均一的反应活性位点，并且能够降低氢解离活性和增强反应物与催化剂之间的相互作用。本研究利用氧空位的吸附及还原特性，通过水热法制备出富含氧空位的TiO_2-x，再采用原位氧化还原法将Pt原子锚定在TiO_2-x上。通过XRD、Raman、EPR、HAADF-STEM和EXAFS等一系列表征方法，证明Pt/TiO_2-x催化剂中Pt以单原子形式锚定在TiO_2-x (001)晶面的氧空位上，诱导电荷从Pt原子向载体转移。合成的单原子Pt/TiO_2-x在催化木质素解聚单体的脱甲氧基反应中展示出优异的选择断裂Ar–OCH₃键能力，主要产物为4-烷基苯酚类化合物。在225℃、3 MPa氢压条件下，单原子Pt/TiO_2-x催化4-丙基愈创木酚转化为4-丙基苯酚的选择性高达92.3%；而通过改变制备方法使Pt以纳米颗粒的形式存在时，氢溢流效应显著增强，从而大幅提升了加氢脱氧活性，使产物向环烷烃转变。由此在产物选择性上产生了明显的跷跷板效应：Pt单原子催化的反应生成4-烷基苯酚，而Pt纳米颗粒催化生成环烷烃。

论文还验证了催化剂制备方法的普适性，可非常简便地制备其他单原子催化剂，如Au₁/TiO_2-x、Pd₁/TiO_2-x、Ir₁/TiO_2-x和Ru₁/TiO_2-x，而这些催化剂的脱甲氧基活性与金属位点本身性质有关。

本工作采用原位氧化还原法制备出单原子Pt/TiO_2-x催化剂，在木质素解聚产物的选择性脱甲氧基反应中展示出优异的活性、稳定性和底物普适性。该研究展示了单原子催化剂在生物质选择性转化中的独特优势，为可再生生物质资源的加氢提质提供了新思路。