近日，華東理工大學李春忠教授團隊和劉洪來教授團隊合作，在電催化炔醇半加氫反應界面微環境調控領域取得新進展。相關成果以《非金屬元素摻雜和表面活性劑共同調節的電極-電解液界面實現了高效的炔醇半加氫》為題發表于《美國化學會志》。

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反應界面微環境調控示意。華東理工供圖

烯醇是合成維生素等醫藥品的關鍵中間體，炔醇電催化半加氫(氘)是實現高值(氘代)烯醇制備的有效方法。電催化反應發生在帶電的電極-電解質界面，電催化劑和電解質都對電化學性能有很大影響。具有合適鈀基催化劑在炔醇半加氫中有著廣泛的應用。通?？梢酝ㄟ^摻入金屬或非金屬來調節鈀的電子和或幾何特性，以克服選擇性-活性的悖論。另一方面，對于以水為氫源的電催化還原反應，界面水的傳質和活化對于活性氫的形成與利用都非常重要。同時，界面上局部微環境和反應中間體吸附的適當調整，已被證明可以促進目標反應。因此，合理設計鈀基電催化劑以及調節電解液組成對于電催化炔醇半加氫選擇性以及活性的提高有著重要意義。

在電催化炔醇半加氫反應中，該工作創新性地構建了一個摻雜劑以及表面活性劑共調節的電極-電解液界面，通過性能研究、原位紅外光譜表征以及理論計算相結合的方法，闡明了炔醇電催化加氫過程中高活性和法拉第效率的來源。通過以硼摻雜的鈀基催化劑作為模型催化劑，探究不同鏈長的季銨鹽表面活性劑對于界面水的傳質以及炔醇加氫反應的影響。性能研究表明，加入合適鏈長以及合適濃度的表面活性劑可以實現最大化的烯醇法拉第效率。原位光譜證明，隨著電壓負移，界面水的反向吸附峰表明孤立水的顯著損失，而彎曲水的峰偏移表明發生了從強氫鍵水到弱氫鍵水的轉變。在含有表面活性劑的界面上形成適當的疏水微環境，可以在一定程度上阻礙界面水的傳質，從而抑制HER。

分子動力學結果表明，通過陽離子表面活性劑在界面上的自組裝，建立了一個促進炔醇傳質，并適當地阻礙水傳質的界面微環境。因此，在不降低烯醇選擇性的情況下，明顯促進了炔醇半氫化到烯醇的法拉第效率。該工作對于反應過程和反應機制的認識可以進一步延伸到其他有機物的電催化加氫反應中。

相關論文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.3c00565