The photocatalytic reduction of carbon dioxide with water to fuels and chemicals is a longstanding challenge. This article focuses on the effects of cocatalysts and reaction modes on photocatalytic behaviors of TiO2 with an emphasis on the selectivity of photogenerated electrons for CO2 reduction in the presence of H2O, which has been overlooked in most of the published papers. Our results clarified that the reaction using H2O vapor exhibited significantly higher selectivity for CO2 reduction than that by immersing the photocatalyst into liquid H2O. We examined the effect of noble metal cocatalysts and found that the rate of CH4 formation increased in the sequence of Ag < Rh < Au < Pd < Pt, corresponding well to the increase in the efficiency of electron–hole separation. This indicates that Pt is the most effective cocatalyst to extract photogenerated electrons for CO2 reduction. The selectivity of CH4 in CO2 reduction was also enhanced by Pt. The size and loading amount of Pt affected the activity; a smaller mean size of Pt particles and an appropriate loading amount favored the formation of reduction products. The reduction of H2O to H2 was accelerated more than the reduction of CO2 in the presence of Pt, leading to a lower selectivity for CO2 reduction and limited increases in CH4 formation rate. We demonstrated that the addition of MgO into the Pt–TiO2 catalyst could further enhance the formation of CH4. The formation of H2 was suppressed simultaneously, suggesting the increase in the selectivity for CO2 reduction in the presence of MgO. Furthermore, the MgO- and Pt-modified TiO2 catalyst exhibited a higher CH4 selectivity in CO2 reduction.

Binary co-catalysts of Pt and Cu2O with a core–shell structure significantly enhance the photocatalytic reduction of CO2 with H2O to CH4 and CO. The Cu2O shell provides sites for the preferential activation and conversion of CO2, whereas the Pt core extracts the photogenerated electrons from TiO2. The deposition of Cu2O shell on Pt nanoparticles markedly suppresses the reduction of H2O to H2 (see picture). As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

The direct transformation of cellulose, which is the main component of lignocellulosic biomass, into building-block chemicals is the key to establishing biomass-based sustainable chemical processes. Only limited successes have been achieved for such transformations under mild conditions. Here we report the simple and efficient chemocatalytic conversion of cellulose in water in the presence of dilute lead(II) ions, into lactic acid, which is a high-value chemical used for the production of fine chemicals and biodegradable plastics. The lactic acid yield from microcrystalline cellulose and several lignocellulose-based raw biomasses is >60% at 463 K. Both theoretical and experimental studies suggest that lead(II) in combination with water catalyses a series of cascading steps for lactic acid formation, including the isomerization of glucose formed via the hydrolysis of cellulose into fructose, the selective cleavage of the C3–C4 bond of fructose to trioses and the selective conversion of trioses into lactic acid. The direct transformation of cellulose into high-value chemicals is a key process in the establishment of biomass-derived chemical production. Here, the authors present the lead(II)-catalysed conversion of cellulose into lactic acid via a cascade reaction, which proceeds in water under mild conditions.

The aerobic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF), a key platform compound in cellulose transformation, into 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), a promising renewable alternative to petroleum-derived terephthalic acid, is one of the most attractive reactions for establishing biomass-based sustainable chemical processes. Supported Au catalysts have shown encouraging performance for this reaction, but the need of an excess amount of base additives makes the process less green and less cost-effective. Here, we report a stable and efficient carbon nanotube (CNT)-supported Au–Pd alloy catalyst for the aerobic oxidation of HMF to FDCA in water without any bases. The functionalization of CNT surfaces is crucial for FDCA formation. We have clarified that the CNT containing more carbonyl/quinone and less carboxyl groups favors FDCA formation by enhancing the adsorption of the reactant and reaction intermediates. Significant synergistic effects exist between Au and Pd in the alloy for the base-free oxidation of HMF to FDCA through three tandem steps. The present work provides understanding of the support-enhanced adsorption effect and the alloying effect for supported Au-based bimetallic catalysts, and this knowledge may help develop efficient catalysts for the aerobic oxidation of relatively complicated organic compounds with different functional groups in water.

In the search of alternative resources to make commodity chemicals and transportation fuels for a low carbon future, lignocellulosic biomass with over 180-billion-ton annual production rate has been identified as a promising feedstock. This review focuses on the state-of-the-art catalytic transformation of lignocellulosic biomass into value-added chemicals and fuels. Following a brief introduction on the structure, major resources and pretreatment methods of lignocellulosic biomass, the catalytic conversion of three main components, i.e., cellulose, hemicellulose and lignin, into various compounds are comprehensively discussed. Either in separate steps or in one-pot, cellulose and hemicellulose are hydrolyzed into sugars and upgraded into oxygen-containing chemicals such as 5-HMF, furfural, polyols, and organic acids, or even nitrogen-containing chemicals such as amino acids. On the other hand, lignin is first depolymerized into phenols, catechols, guaiacols, aldehydes and ketones, and then further transformed into hydrocarbon fuels, bioplastic precursors and bioactive compounds. The review then introduces the transformations of whole biomass via catalytic gasification, catalytic pyrolysis, as well as emerging strategies. Finally, opportunities, challenges and prospective of woody biomass valorization are highlighted.

A bifunctional catalyst composed of ZnGa2O4 with a spinel structure and molecular sieve SAPO-34 catalyses the direct conversion of CO2 to C2-C4 olefins with a selectivity of 86% and a CO2 conversion of 13% at 370 °C. The oxygen vacancies on ZnGa2O4 surfaces are responsible for CO2 activation, forming a methanol intermediate, which is then converted into C2-C4 olefins in SAPO-34.

CdS–graphene (GR) and CdS–carbon nanotube (CNT) nanocomposites prepared by a hydrothermal method were studied as photocatalysts for the evolution of hydrogen and the degradation of methyl orange (MO) under visible-light irradiation. The incorporation of GR or CNT into CdS significantly enhanced the photocatalytic activities for both reactions. The photocatalytic activities depended on the mass ratio of CdS : GR or CdS : CNT in the nanocomposites. Under optimized mass ratios, the CdS–GR was more efficient than the CdS–CNT. Our characterizations suggested that CdS nanoparticles of ∼35 nm in size were dispersed on the graphene sheets or CNT surfaces in the nanocomposites. Significant band-gap narrowing was observed due to the incorporation of GR or CNT into CdS, indicating the strong interactions between CdS and GR or CNT. The transient photocurrent response studies suggested a more efficient separation of photogenerated electrons and holes. The stronger interaction or larger contact interface between CdS and GR was proposed to accelerate the transfer of photogenerated electrons from CdS to GR more efficiently, resulting in higher photocatalytic activities of the CdS–GR composite.

Abstract Gold nanoparticles with uniform mean sizes (≈3 nm) loaded onto various supports have been prepared and studied for the oxidant‐free dehydrogenation of benzyl alcohol to benzaldehyde and hydrogen. The use of hydrotalcite (HT), which possesses both strong acidity and strong basicity, provides the best catalytic performance. Au/HT catalysts with various mean Au particle sizes (2.1–21 nm) have been successfully prepared by a deposition–precipitation method under controlled conditions. Detailed catalytic reaction studies with these catalysts demonstrate that the Au‐catalyzed dehydrogenation of benzyl alcohol is a structure‐sensitive reaction. The turnover frequency (TOF) increases with decreasing Au mean particle size (from 12 to 2.1 nm). A steep rise in TOF occurs when the mean Au particle size becomes smaller than 4 nm. Our present work suggests that the acid–base properties of the support and the size of Au nanoparticles are two key factors controlling the alcohol dehydrogenation catalysis. A reaction mechanism is proposed to rationalize these results. It is assumed that the activation of the β‐CH bond of alcohol, which requires the coordinatively unsaturated Au atoms, is the rate‐determining step.

Pd/CeO₂ efficiently catalyzes the oxidative conversion of 2-phenoxy-1-phenylethanol, a lignin model compound with a β-O-4 linkage, in methanol, producing monomeric aromatics.