山西大學在煤基高端化學品己二酸綠色合成研究中取得重要進展

近日，山西大學精細化學品教育部工程研究中心、煤基高端化學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隊在煤基高端化學品電催化合成領域獲得重要研究進展，研究成果以“Efficient Electrosynthesis of Adipic Acid via a Cascade Reaction at Pickering Droplet Interfaces”為題，發表于《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society，簡稱JACS），山西大學為第一單位，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品，主要用于生產尼龍、聚酯等大宗化學品，全球年產值達數百億級。工業上己二酸合成通常采用酮/醇油氧化路線，這條路線使用強腐蝕性硝酸，且會產生大量NOx氣體，對環境造成嚴重不利影響。不同于傳統合成路線，若由焦化苯加氫制得的粗環己烯（苯、環己烷、環己烯混合物，無需額外分離提純環己烯）直接氧化得到己二酸，可解決系列問題并帶來可觀經濟價值。由于粗環己烯中環己烷與環己烯的化學結構非常相似，在粗環己烯原料中選擇性活化環己烯中C=C鍵具有較高挑戰性。

針對以上問題，研究團隊設計了Pickering乳滴一體化電極，以粗環己烯作為反應底物，水為活性氧源，在常溫常壓條件下以工業級別電流密度（100 mA cm-2）首次實現了己二酸高效電化學合成（電流效率為80%，選擇性為95%），電極穩定性長達1000小時。研究發現，環己烯氧化制己二酸路線存在烯烴環氧化與環氧化合物氧化兩步級聯過程。所構建的Pickering乳滴界面存在著弱極性界面環境與非飽和氫鍵網絡，這種獨特的弱極性環境不僅有利于穩定反應過程中原位產生的溴自由基，從而強化烯烴環氧化過程；其非飽和氫鍵網絡還可抑制競爭氧析出反應并提升環氧化合物氧化效率。此外，由于己二酸具有較高水溶性，電解后己二酸產物可直接溶于水相電解液，并與粗環己烯中環己烷、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業鏈、己二酸合成工藝路線升級提供重要指導，為發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基金委、科技部、山西省科技廳、山西大學文瀛青年學者等項目經費的支持。（通訊員：張穎）