近日，我校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研究上取得新進展。相關成果以“Dopant- and Surfactant-Tuned Electrode-Electrolyte Interface Enabling Efficient Alkynol Semi-Hydrogenation”發表在《美國化學會志》（Journal of the American Chemical Society）。

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)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。具有合适d帶中心的钯基催化劑在炔醇半加氫中有着廣泛的應用。通常可以通過摻入金屬（Ag、Au、Cu、Bi等）或非金屬（P、C、S、N等）物種來調節Pd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和利用都非常重要。同時，界面上局部微環境和反應中間體吸附的适當調整已被證明可以抑制HER，并促進目标反應的進行。因此，合理設計Pd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着重要意義。

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。通過以硼摻雜的钯基催化劑作為模型催化劑，探究不同鍊長的季铵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，加入合适鍊長以及合适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，随着電壓負移，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适當的疏水微環境，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，并适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。

該工作第一作者為博士研究生趙淵和徐基鵬，通訊作者為李春忠教授，練成教授和江宏亮教授。此外，該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃以及上海市級科技重大專項等支持。

原文鍊接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00565