李春忠等有机电催化加氢界面微环境研究新进展

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近日，我校李春忠教授团队和刘洪来教授团队合作在电催化炔醇半加氢反应界面微环境调控研究上取得新进展。相关成果以“Dopant- and Surfactant-Tuned Electrode-Electrolyte Interface Enabling Efficient Alkynol Semi-Hydrogenation”发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。
       烯醇是合成维生素等医药品的关键中间体，炔醇电催化半加氢(氘)实现高值(氘代)烯醇制备的有效方法。电催化反应发生在带电的电极-电解质界面，电催化剂和电解质都对电化学性能有很大影响。具有合适d带中心的钯基催化剂在炔醇半加氢中有着广泛的应用。通常可以通过掺入金属（Ag、Au、Cu、Bi等）或非金属（P、C、S、N等）物种来调节Pd的电子和/或几何特性，以克服选择性-活性的悖论。另一方面，对于以水为氢源的电催化还原反应，界面水的传质和活化对于活性氢的形成和利用都非常重要。同时，界面上局部微环境和反应中间体吸附的适当调整已被证明可以抑制HER，并促进目标反应的进行。因此，合理设计Pd基电催化剂以及调节电解液组成对于电催化炔醇半加氢选择性以及活性的提高有着重要意义。

        在电催化炔醇半加氢反应中，该工作创新性地构建了一个掺杂剂以及表面活性剂共调节的电极-电解液界面，通过性能研究、原位红外光谱表征以及理论计算相结合的方法，阐明了炔醇电催化加氢过程中高活性和法拉第效率的来源。通过以硼掺杂的钯基催化剂作为模型催化剂，探究不同链长的季铵盐表面活性剂对于界面水的传质以及炔醇加氢反应的影响。性能研究表明，加入合适链长以及合适浓度的表面活性剂可以实现最大化的烯醇法拉第效率。原位光谱证明，随着电压负移，界面水的反向吸附峰表明孤立水的显著损失，而弯曲水的峰偏移表明发生了从强氢键水到弱氢键水的转变。在含有表面活性剂的界面上形成适当的疏水微环境，可以在一定程度上阻碍界面水的传质，从而抑制HER。分子动力学结果表明，通过阳离子表面活性剂在界面上的自组装，建立了一个促进炔醇传质，并适当地阻碍水传质的界面微环境。因此，在不降低烯醇选择性的情况下，明显促进了炔醇半氢化到烯醇的法拉第效率。该工作对于反应过程和反应机制的认识可以进一步延伸到其他有机物的电催化加氢反应中。
        该工作第一作者为博士研究生赵渊和徐基鹏，通讯作者为李春忠教授，练成教授和江宏亮教授。此外，该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及上海市级科技重大专项等支持。
        原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00565
          文章来源：华东理工大学
       李春忠，华东理工大学化工学院教授、傅导，国家杰出青年基金获得者、长江学者特聘教授，化工学院院长，上海市多级结构纳米材料工程技术研究中心主任。1989年7月本科毕业于华东理工大学无机化工专业，1997年3月获华东理工大学化学工程专业博士学位，1998年11月晋升教授。2002年7月-2015年11月任超细材料制备与应用教育部重点实验室主任，2015年11月-2018年12月任华东理工大学材料科学与工程学院院长，2018年12月起任现职。上海市政协常委，英国皇家化学会会士(FRSC)，纳米材料化工科技部重点领域创新团队负责人，国家“万人计划”科技创新领军人才，入选国家百千万人才工程并被授予“有突出贡献中青年专家”，国务院政府特殊津贴专家，全国优秀教师，全国优秀科技工作者'，教务部跨世纪优秀秀人才，上海领军人才，上海市优秀学科带头人。国家自然科学基金委员会策十二、十三届化学科学部专家评审组成员。先后担任《Chin.J.Chem.Eng》副主编、《Ind.End.Chem.Res》和《Particuology》顾问编委。主要从事纳米材料及材料化学工程领域的研究。授权中国发明专利78项。.在Energy Environ Sci.、Adw Malcr.、Angcw. Chem. Int. Ed.、AIChE J.、Chem. Eng. Sci.等国际著名专业学术刊物上发表SCI论文440余篇，发表论文总被引用23800余次(Google  Scholar) , ESI高被引论文38篇。作为第一完成人获2009年度国家科技进步二等奖、2017年度上海市技术发明一等奖、2014年度上海市自然科学一等奖、2010年度教育部自然科学一等奖，2009、2006和2004年度上海市科技进步一等奖，以及省部级科技进步二等奖1项和自然科学二等奖2项。2018年入选科睿唯安跨学科领域全球高被引科学家。