在現(xiàn)代工業(yè)中，己二酸（AA）是一種重要的化學品，廣泛用于生產(chǎn)尼龍、聚氨酯等材料。目前，酚類化合物轉(zhuǎn)化為 AA 主要通過復雜的熱催化過程實現(xiàn)，包括酚類化合物加氫生成酮醇 (KA) 油，然后進一步在金屬催化下將 KA 氧化開環(huán)為 AA（圖 1）。傳統(tǒng)的己二酸生產(chǎn)過程依賴于石化資源，并且伴隨大量的溫室氣體排放，對環(huán)境造成了嚴重影響。因此，開發(fā)綠色、可持續(xù)的己二酸生產(chǎn)方法成為了近年來的研究熱點。日前，木質(zhì)素作為一種可再生資源，因其豐富的芳香族結(jié)構(gòu)被認為是替代石化原料的重要候選物。然而，如何高效地將木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為高附加值化學品，特別是己二酸，仍面臨諸多技術挑戰(zhàn)。
圖片來源：JACS
在現(xiàn)有研究中，電催化還原和氧化方法因其能夠在溫和條件下進行反應，且具有高選擇性和高效率的優(yōu)點，逐漸成為了木質(zhì)素轉(zhuǎn)化的研究熱點。尤其是電解偶聯(lián)反應，通過在同一電解槽中同時進行陰極還原反應和陽極氧化反應，實現(xiàn)了反應條件的優(yōu)化和能量的高效利用。然而，目前尚無通過電解偶聯(lián)反應直接將木質(zhì)素衍生酚類化合物轉(zhuǎn)化為己二酸的研究報道。本文提出了一種新型的電解偶聯(lián)方法，利用雙金屬協(xié)同催化劑，實現(xiàn)了木質(zhì)素衍生酚類化合物到己二酸的高效轉(zhuǎn)化。（圖1）
研究中采用了雙金屬協(xié)同催化劑，包括陰極的PtAu合金催化劑和陽極的CuCo2O4催化劑。通過調(diào)控合金成分，優(yōu)化其電子結(jié)構(gòu)，提高其催化活性和選擇性。除此之外，作者團隊設計了一種pH不對稱的電解槽，使陰極反應在酸性條件下進行，陽極反應在堿性條件下進行，從而實現(xiàn)反應條件的最優(yōu)化。對于反應過程的表征與分析，作者團隊通過X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等手段對催化劑進行表征；通過線性掃描伏安法（LSV）、核磁共振（NMR）等方法對反應過程進行分析，確定反應路徑和中間產(chǎn)物。最后，作者結(jié)合實驗數(shù)據(jù)，進行DFT理論計算，揭示催化劑的電子結(jié)構(gòu)與反應活性之間的關系，為催化劑的優(yōu)化提供理論指導。
本文提出的電解偶聯(lián)方法在溫和條件下實現(xiàn)了木質(zhì)素衍生酚類化合物到己二酸的高效轉(zhuǎn)化，減少了對石化資源的依賴，降低了溫室氣體排放，符合綠色化學的理念。通過雙金屬協(xié)同催化劑的設計，不僅實現(xiàn)了木質(zhì)素衍生酚類化合物的高效轉(zhuǎn)化，也為綠色化學和可持續(xù)發(fā)展提供了新的研究方向和技術支持，為未來高效催化劑的設計提供了新思路。
標題：Sustainable Adipic Acid Production via Paired Electrolysis of Lignin-Derived Phenolic Compounds with Water as Hydrogen and Oxygen Sources
作者：Fulai Liu, Xutao Gao, Zhengxiao Guo, Edmund C. M. Tse, and Yong Chen*
鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c02835
