近日，biwn必赢孙世刚院士团队周志有教授与王韬副研究员（嘉庚创新实验室）在丙烯电催化氧化机理研究方面取得新进展，相关成果以“Reaction mechanism and selectivity tuning of propene oxidation at the electrochemical interface”为题，在线发表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.2c09105）。
丙烯是一种重要的化工原料，每年全球需求超过1亿吨，主要用于生产环氧丙烷、聚丙烯、1，2-丙二醇等。传统上，丙烯的转化主要通过热催化方法。近年来，随着可再生电能快速发展，利用清洁电能在温和环境下进行丙烯电化学转化，引起了人们的关注。丙烯氧化的电位较低，若将其替代析氧反应，不仅能够显著降低电解制氢的能耗，还可得到高附加值的化学品。目前，贵金属Pd被认为是最有前景的丙烯电氧化催化剂之一，但反应机理仍不明确。
该研究工作通过将金属Pd/C在空气中氧化成PdO/C，显著提升丙烯电催化转化高附加值产物—1, 2丙二醇的选择性，并借助电化学原位衰减全反射红外光谱技术（ATR-FTIR），阐释了在不同电势下，丙烯在金属Pd和PdO表面的不同吸附构型以及不同反应路径。研究结果表明，当电位低于0.8 V时，丙烯吸附构型与热催化类似，丙烯基团以（πσ-）或（di-σ）方式吸附在Pd位点。但当电位高于0.8 V时，吸附构型发生转变，丙烯端基（=CH2）发生脱氢，在金属Pd上形成µ3-η2-C=CHCH3吸附中间体，而在PdO表面，形成µ-C=CHCH3吸附中间体。通过设计同位素H218O和D2O实验证实，PdO表面形成的亚丙烯基吸附中间体（µ-C=CHCH3）会进一步插入PdO中的O原子，生成1, 2-丙二醇。该研究从分子水平层次加深了对丙烯电催化氧化机理的认识。
该研究工作是在周志有教授和王韬副研究员共同指导下完成。biwn必赢2019级博士生刘晓晨为该论文的第一作者。研究工作得到了国家重点研发计划（2021YFA1501504）和国家自然科学基金（92045302、21875194、22288102和22021001）的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c09105
