太陽能驅動的光催化水分解制氫氣因其成本低、操作簡單等優點，成為化石燃料替代品研究方向的熱點。但是，水分子氧化反應涉及四電子轉移步驟，導致動力學緩慢。使用犧牲劑來消耗光生空穴通常會提高H₂的析出速率并延長光催化劑的壽命。木質素由于其儲量豐富、價格低廉、碳中性等特點，可以作為實用的犧牲劑。值得注意的是，目前大多數光催化劑的光生電荷轉移和分離效率低下以及表面反應動力學緩慢，阻礙了木質素光重整系統的實際應用；另一個瓶頸是木質素由多組分結構組成，具有化學穩定性和低溶解度，導致過電位較大。

基于此，西安交通大學劉茂昌課題組提出了一種基于納米孿晶Cd_0.5Zn_0.5S光催化劑(CZS)的木質素光重整體系，在堿性溶液中，木質素和木質素衍生物可以高效地光重整為氫氣。實驗結果表明，在400 nm處，α-纖維素光重整制H₂活性和表觀量子產率分別為7.23 mmol g^-1 h^-1和12.74%；同時，在可見光照射下，α-纖維素發生光重整反應，觀察到大量的氫氣泡產生，表明其具有極高的光重整活性。

此外，研究人員進一步開發了7.2 m²的復合拋物面聚光器(CPC)系統，用于室外太陽光照射下木質纖維素光重整析氫。在直接的太陽光照射下也可以產生相當多的H₂氣泡(產H₂速率為615 mL h^-1)，顯示出太陽能驅動的木質素光重整生產H₂的巨大應用潛力。

基于實驗和計算結果，研究人員提出了一個在羥基化表面上堿性木質素光重整的可能的反應機制。具體而言，在堿性溶液中，CZS納米孿晶表面會原位形成一個pH依賴的羥基化表面；在CZS吸收光子并被激發產生光生電子和空穴對后，這種羥基化表面具有優越的電荷分離效率(通過將光生空穴提取到表面羥基)，光生空穴從CZS轉移到載體或OH^?/H₂O，使得在高pH下快速產生·OH(主要反應路徑)以加速木質素氧化動力學。

此外，Ni納米粒子作為助催化劑進一步促進了電荷分離和析氫反應的進行，最終實現了堿性木質素對H₂和生物質的高效光轉化。綜上，該項工作展示出太陽能光催化木質素重整制備氫氣的巨大潛力，并且pH觸發的羥基化表面可以作為其他光催化劑的通用/替代反應來提高光催化活性和產物選擇性。

Solar reforming lignocellulose into H₂ over pH-triggered hydroxyl-functionalized chalcogenide nanotwins. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.3c03786