得益于頁巖氣資源的廣泛開發(fā)和利用，將輕質(zhì)烷烴直接轉化為烯烴及其含氧衍生物等高附加值化學品具有良好的經(jīng)濟價值和社會意義。近日，清華大學陸奇教授團隊與成功大學鄭沐政教授團隊合作，系統(tǒng)報道了一種水溶液反應體系，在室溫和常壓條件下利用商用多晶銅板作為陰陽電極和催化劑，氧氣作為氧化劑，電化學活化乙烷與丙烷并選擇性生成相應的烯烴和含氧衍生物。

在該體系下，乙烷能高效活化轉化為乙烯和乙酸，其最大生成速率分別可達6.9和6.2 μmol·cm^?2_Cu·h^?1，總選擇性超過92%，如下圖a所示。其他次要產(chǎn)物包括乙醇、甲醇和甲烷。該體系還能將丙烷以11.6 μmol·cm^?2_Cu·h^?1的生成速率轉化為丙烯，選擇性高達86%，如下圖b所示。其他少量產(chǎn)物包括丙酸、丙醇和丙酮等。在乙烷和丙烷的電化學活化過程中，過度氧化產(chǎn)物二氧化碳的生成被顯著抑制，選擇性在所有實驗條件下均低于3%。

研究團隊通過周期性反轉電流方向，成功實現(xiàn)了對乙烷連續(xù)10小時的穩(wěn)定電化學活化轉化過程。在持續(xù)10小時的反應過程中，主要產(chǎn)物乙烯和乙酸的生成速率始終保持穩(wěn)定，總選擇性均超過96%，電解液中乙酸濃度最終可達19 mM。

原位表面增強拉曼光譜結果表明，氧化亞銅是烷烴活化反應的關鍵位點，并在反應條件下檢測到由乙烷 C–H 鍵斷裂生成的關鍵乙基中間體。結合分壓依賴性研究和密度泛函理論計算，研究團隊提出了一個可能的反應機理：反應過程中氧氣與乙烷在氧化亞銅表面發(fā)生競爭吸附，通過生成乙基中間體完成活化反應。

綜上所述，該工作在常溫常壓條件下實現(xiàn)了高活性、高選擇性和高穩(wěn)定性的電化學活化過程，為未來繼續(xù)開發(fā)高性能的烷烴活化轉化體系提供了新思路與技術支撐。

Electrochemically Promoted Activation of Light Alkanes at Ambient Conditions

Wenxuan Liu, Hsien-Chin Li, Chunsong Li, Wei-Sen Chen, Haochen Zhang, Bingjun Xu, Mu-Jeng Cheng, Qi Lu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202507417