山西大学在煤基高端化学品己二酸绿色合成研究中取得重要进展

近日，山西大学精细化学品教育部工程研究中心、煤基高端化学品绿色催化合成山西省重点实验室、绿色与仿生催化研究团队在煤基高端化学品电催化合成领域获得重要研究进展，研究成果以“Efficient Electrosynthesis of Adipic Acid via a Cascade Reaction at Pickering Droplet Interfaces”为题，发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society，简称JACS），山西大学为第一单位，2024级博士生刘校天为第一作者，逯宇轩副教授、杨恒权教授为论文的通讯作者。

己二酸作为一种重要的化工中间体，是山西省重要的煤化工产品，主要用于生产尼龙、聚酯等大宗化学品，全球年产值达数百亿级。工业上己二酸合成通常采用酮/醇油氧化路线，这条路线使用强腐蚀性硝酸，且会产生大量NOx气体，对环境造成严重不利影响。不同于传统合成路线，若由焦化苯加氢制得的粗环己烯（苯、环己烷、环己烯混合物，无需额外分离提纯环己烯）直接氧化得到己二酸，可解决系列问题并带来可观经济价值。由于粗环己烯中环己烷与环己烯的化学结构非常相似，在粗环己烯原料中选择性活化环己烯中C=C键具有较高挑战性。

针对以上问题，研究团队设计了Pickering乳滴一体化电极，以粗环己烯作为反应底物，水为活性氧源，在常温常压条件下以工业级别电流密度（100 mA cm-2）首次实现了己二酸高效电化学合成（电流效率为80%，选择性为95%），电极稳定性长达1000小时。研究发现，环己烯氧化制己二酸路线存在烯烃环氧化与环氧化合物氧化两步级联过程。所构建的Pickering乳滴界面存在着弱极性界面环境与非饱和氢键网络，这种独特的弱极性环境不仅有利于稳定反应过程中原位产生的溴自由基，从而强化烯烃环氧化过程；其非饱和氢键网络还可抑制竞争氧析出反应并提升环氧化合物氧化效率。此外，由于己二酸具有较高水溶性，电解后己二酸产物可直接溶于水相电解液，并与粗环己烯中环己烷、苯等原料分离，降低额外分离成本。该项研究成果为延伸山西省焦化苯下游产业链、己二酸合成工艺路线升级提供重要指导，为发展绿电耦合高效煤化工过程提供重要参考。

该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、山西省科技厅、山西大学文瀛青年学者等项目经费的支持。（通讯员：张颖）