本报讯 近日,中国科大耿志刚副教授等人通过构筑一种具有可逆动态互变结构的分子催化剂,打破对关键中间物种的线性标度关系,实现对丙烯高效电催化氧化制1,2-丙二醇过程。相关成果发表于《美国化学会》,且被选为当期封面文章(如图)。

1,2-丙二醇是一种理想的化工原料,其广泛应用于生产不饱和聚酯树脂、药品和防冻剂等。
在本工作中,研究人员设计出一种具有可逆动态互变结构的吡唑银分子催化剂。由于N-H和氧物种*OH之间的氢键作用,具有吡咯N-H结构的吡唑银催化剂对氧物种*OH具有较强的吸附,促进水解离生成*OH;吡咯N-H结构易于发生去质子化,形成H空位导致氢键作用消失。具有H空位结构的吡唑银催化剂对氧物种*OH的吸附减弱,进而加速*OH与丙烯耦合。随后,H空位与质子氢复合,重新形成具有吡咯N-H结构的吡唑银。吡唑银催化剂结构的动态互变使其具有可变的*OH吸附能,进而打破对*OH吸附能的线性标度关系,有效提升丙烯电催化氧化制1,2-丙二醇活性。
性能评估表明,在施加相对于银/氯化银电极为2.0 V的工作电位下,吡唑银催化剂生成1,2-丙二醇的产率高达288.9 mmol gcat-1 h-1,比迄今为止报道的最优电催化剂性能高一个数量级。
耿志刚副教授为该论文的通讯作者,博士生柯景文、迟明芳和特任副研究员赵建康为论文的共同第一作者。
(合肥微尺度物质科学国家研究中心)