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全球首创，我国科学家突破这一世界难题
2024年07月12日 14:35:44
来源：化工仪器网 点击量：8244
武汉大学高等研究院、化学与分子科学学院雷爱文教授团队首创开发了可编程波形交流电(pAC)合成技术，实现了铜催化的放氢气氧化交叉偶联反应。
【化工仪器网 项目成果】合成电化学作为一种利用电子交换驱动化学反应的技术，近年来因其绿色、安全和低能耗的特性而备受关注。该技术不仅有助于解决当前基于化石能源驱动的现行生产力产生的环境污染、安全生产风险和高能耗问题，还为实现可持续发展目标提供了有力支持。合成电化学新技术的出现，标志着化学合成领域的一次重要革新。它不仅拓展了化学合成的可能性，还为实现精准物质制造、推动化学化工绿色化、智能化和高端化提供了新的动能。
因为其具备绿色、安全和低能耗的特性，合成电化学新技术将有望发展成为新质生产力，用于解决当前基于化石能源驱动的现行生产力产生的环境污染、安全生产风险和高能耗问题。2023年，合成电化学新技术是国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)评定的度化学领域十大新兴技术之一。然而，更多维度的电学参数引入电化学合成反应中会导致可优化的反应条件呈指数级增加，极大增加了研究难度。因此至今为止交流电合成技术仍然处于萌芽阶段，仅有数例简单应用研究见诸报道。
武汉大学高等研究院、化学与分子科学学院雷爱文教授团队首创开发了可编程波形交流电(pAC)合成技术，实现了铜催化的放氢气氧化交叉偶联反应。通过对交流电波形的电学参数(频率、电流和占空比)进行程序编辑可得到定制化的交流电信号。不同编辑模式的电信号不仅促进了电解条件下铜催化剂循环再生，而且分别精准调控铜催化剂形成“铜结合碳自由基物种”和“碳-铜活性物种”。另外，雷爱文教授团队开发了原位电子顺磁共振波谱-交流电解联用表征技术，首次观测到不同交流电信号动态调控铜催化物种活性的变化规律?；诳杀喑探涣鞯绾铣杉际酰芯客哦映晒κ迪至送呋罨樘苯犹记饧趸剂从脱趸倌芡呕从?，而这两类反应在传统氧化剂条件和直流电氧化条件下均表现出较差的反应性。
此项研究实现了交流电解环境下金属催化物种精准调控，解决了电合成条件下过渡金属催化剂容易在阴极析出失活而必须用分离池的问题。此项研究为一体式电解池条件下，金属催化耦合电催化发展新型合成反应提供可行路径?？杀喑滩ㄐ谓涣鞯绾铣杉际醯某鱿?，将为合成电化学新技术在绿色物质制造等更广泛应用领域提供极大助力，为化学化工绿色化，智能化和高端化提供新的动能。
相关研究成果Programmed alternating current optimization of Cu-catalyzed C-H bond transformations于近日在国际期刊Science(《科学》)在线发表。
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