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我科研團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)程序化交流電合成新技術(shù)

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 時(shí)間：2024-07-15 16:26

　　7月14日，記者從武漢大學(xué)獲悉，該校高等研究院、化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院雷愛(ài)文教授團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)程序化交流電合成新技術(shù)應(yīng)用于銅催化碳?xì)滏I轉(zhuǎn)化反應(yīng)，解決了電合成條件下過(guò)渡金屬催化劑容易在陰極析出失活而必須使用分離池的科學(xué)難題。相關(guān)研究成果日前在《科學(xué)》在線發(fā)表。

　　合成電化學(xué)新技術(shù)是國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUPAC）評(píng)定的2023年度化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)之一。因?yàn)槠渚邆渚G色、安全和低能耗特性，可用于解決當(dāng)前基于化石能源驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)行生產(chǎn)力產(chǎn)生的環(huán)境污染、安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)和高能耗問(wèn)題。

　　雷愛(ài)文介紹，這種新興合成技術(shù)主要以直流電（DC）作為驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)調(diào)節(jié)電流或者電壓控制化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。交流電（AC）具有極性反轉(zhuǎn)和周期性波動(dòng)特點(diǎn)，且具備如波形、頻率、占空比等更多可調(diào)節(jié)電學(xué)參數(shù)的優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)物質(zhì)制造提供“無(wú)限潛力”。

　　然而，更多維度的電學(xué)參數(shù)引入電化學(xué)合成反應(yīng)中會(huì)導(dǎo)致可優(yōu)化的反應(yīng)條件呈指數(shù)級(jí)增加，極大增加了研究難度。因此，迄今為止交流電合成技術(shù)仍然處于萌芽階段，僅有數(shù)例簡(jiǎn)單應(yīng)用研究見(jiàn)諸報(bào)道。

　　雷愛(ài)文團(tuán)隊(duì)耕耘綠色合成化學(xué)超過(guò)15年，該項(xiàng)研究首創(chuàng)開(kāi)發(fā)了可編程波形交流電（pAC）合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了銅催化的放氫氣氧化交叉偶聯(lián)反應(yīng)。通過(guò)對(duì)交流電波形的電學(xué)參數(shù)（頻率、電流和占空比）進(jìn)行程序編輯，可得到定制化交流電信號(hào)。

　　不同編輯模式的電信號(hào)不僅促進(jìn)電解條件下銅催化劑循環(huán)再生，且分別精準(zhǔn)調(diào)控銅催化劑形成“銅結(jié)合碳自由基物種”和“碳-銅活性物種”。

　　另外，該團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了原位電子順磁共振波譜-交流電解聯(lián)用表征技術(shù)，首次觀測(cè)到不同交流電信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)控銅催化物種活性的變化規(guī)律?；诳删幊探涣麟姾铣杉夹g(shù)，團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)銅催化活化烷烴直接碳?xì)滏I氧化偶聯(lián)反應(yīng)和氧化雙官能團(tuán)化反應(yīng)，這兩類反應(yīng)在傳統(tǒng)氧化劑條件和直流電氧化條件下均表現(xiàn)出較差的反應(yīng)性。

　　這項(xiàng)研究為一體式電解池條件下，金屬催化耦合電催化發(fā)展新型合成反應(yīng)提供可行路徑。可編程波形交流電合成技術(shù)的出現(xiàn)，將為合成電化學(xué)新技術(shù)在綠色物質(zhì)制造等更廣泛應(yīng)用領(lǐng)域提供極大助力，為化學(xué)化工綠色化、智能化和高端化提供新動(dòng)能。（吳純新 吳江龍 朱永成）

責(zé)任編輯：江蓬新