圖 程序化交流電優(yōu)化銅催化C–H鍵轉(zhuǎn)化反應(yīng)

　　在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（批準(zhǔn)號：22031008）等資助下，武漢大學(xué)雷愛文教授團(tuán)隊(duì)在交流電合成化學(xué)方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“程序化交流電優(yōu)化銅催化C–H鍵轉(zhuǎn)化反應(yīng)（Programmed alternating current optimization of Cu-catalyzed C–H bond transformations）”為題于2024年7月12日在線發(fā)表于《科學(xué)》（Science）雜志上。論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado0875。

　　電化學(xué)合成具有綠色、安全和低能耗的特性，有望用于解決當(dāng)前基于化石能源的環(huán)境污染、安全生產(chǎn)風(fēng)險和高能耗等問題。目前的電化學(xué)合成主要以直流電（DC）作為驅(qū)動力，并通過調(diào)節(jié)電流或電壓控制化學(xué)反應(yīng)過程。交流電（AC）具有極性反轉(zhuǎn)和周期性波動的特點(diǎn)，并且具備如波形、頻率、占空比等更多可調(diào)節(jié)電學(xué)參數(shù)的優(yōu)勢。然而，在電化學(xué)合成反應(yīng)中引入更多維度的電學(xué)參數(shù)會導(dǎo)致可優(yōu)化的反應(yīng)條件呈指數(shù)級增加。因此，交流電合成技術(shù)目前仍處于萌芽階段。

　　針對上述挑戰(zhàn)，雷愛文教授團(tuán)隊(duì)開發(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)。通過對波形電學(xué)參數(shù)（頻率、電流和占空比）的程序編輯可得到定制化的交流電信號。不同編輯模式的電信號促進(jìn)了電解條件下銅催化劑的循環(huán)再生，精準(zhǔn)調(diào)控了銅催化劑形成含銅的碳自由基中間體等物種，實(shí)現(xiàn)了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)。該研究解決了電化學(xué)合成條件下過渡金屬催化劑易在陰極析出失活而需用分離池的難題，為金屬催化耦合電催化發(fā)展合成反應(yīng)提供了新路徑。