近日，山西大學(xué)精細(xì)化學(xué)品教育部工程研究中心、煤基高端化學(xué)品綠色催化合成山西省重點實驗室、綠色與仿生催化研究團(tuán)隊在煤基高端化學(xué)品電催化合成領(lǐng)域獲得重要研究進(jìn)展，研究成果以“Efficient Electrosynthesis of Adipic Acid via a Cascade Reaction at Pickering Droplet Interfaces”為題，發(fā)表于《美國化學(xué)會志》（Journal of the American Chemical Society，簡稱JACS），山西大學(xué)為第一單位，2024級博士生劉校天為第一作者，逯宇軒副教授、楊恒權(quán)教授為論文的通訊作者。

己二酸作為一種重要的化工中間體，是山西省重要的煤化工產(chǎn)品，主要用于生產(chǎn)尼龍、聚酯等大宗化學(xué)品，全球年產(chǎn)值達(dá)數(shù)百億級。工業(yè)上己二酸合成通常采用酮/醇油氧化路線，這條路線使用強(qiáng)腐蝕性硝酸，且會產(chǎn)生大量NOx氣體，對環(huán)境造成嚴(yán)重不利影響。不同于傳統(tǒng)合成路線，若由焦化苯加氫制得的粗環(huán)己烯（苯、環(huán)己烷、環(huán)己烯混合物，無需額外分離提純環(huán)己烯）直接氧化得到己二酸，可解決系列問題并帶來可觀經(jīng)濟(jì)價值。由于粗環(huán)己烯中環(huán)己烷與環(huán)己烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似，在粗環(huán)己烯原料中選擇性活化環(huán)己烯中C=C鍵具有較高挑戰(zhàn)性。

針對以上問題，研究團(tuán)隊設(shè)計了Pickering乳滴一體化電極，以粗環(huán)己烯作為反應(yīng)底物，水為活性氧源，在常溫常壓條件下以工業(yè)級別電流密度（100 mA cm-2）首次實現(xiàn)了己二酸高效電化學(xué)合成（電流效率為80%，選擇性為95%），電極穩(wěn)定性長達(dá)1000小時。研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)己烯氧化制己二酸路線存在烯烴環(huán)氧化與環(huán)氧化合物氧化兩步級聯(lián)過程。所構(gòu)建的Pickering乳滴界面存在著弱極性界面環(huán)境與非飽和氫鍵網(wǎng)絡(luò)，這種獨特的弱極性環(huán)境不僅有利于穩(wěn)定反應(yīng)過程中原位產(chǎn)生的溴自由基，從而強(qiáng)化烯烴環(huán)氧化過程；其非飽和氫鍵網(wǎng)絡(luò)還可抑制競爭氧析出反應(yīng)并提升環(huán)氧化合物氧化效率。此外，由于己二酸具有較高水溶性，電解后己二酸產(chǎn)物可直接溶于水相電解液，并與粗環(huán)己烯中環(huán)己烷、苯等原料分離，降低額外分離成本。該項研究成果為延伸山西省焦化苯下游產(chǎn)業(yè)鏈、己二酸合成工藝路線升級提供重要指導(dǎo)，為發(fā)展綠電耦合高效煤化工過程提供重要參考。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、山西省科技廳、山西大學(xué)文瀛青年學(xué)者等項目經(jīng)費的支持。（通訊員：張穎）