己二酸是各種尼龍聚合物、藥物、潤滑劑、增塑劑和食品添加劑的基本化學(xué)原料，尤其是作為單體制備尼龍-66和聚氨酯。已有明確報道的商業(yè)化己二酸產(chǎn)品均由苯出發(fā)，經(jīng)熱催化加氫和硝酸氧化兩步法制備。然而，該路線面臨著一些問題。中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所光化學(xué)轉(zhuǎn)換與合成中心研究員陳勇團隊提出以木質(zhì)素衍生的酚類化合物為原料，以水為唯一的氫源/氧源，利用電化學(xué)成對電解策略實現(xiàn)己二酸的綠色電合成。該工作通過設(shè)計合成雙金屬催化劑，實現(xiàn)了高的電催化活性。研究顯示，以PtAu合金為陰極催化劑，實現(xiàn)苯酚高效轉(zhuǎn)化生成KA油，產(chǎn)率為92%，法拉第效率為43%；KA油在CuCo2O4陽極催化劑上被電氧化為己二酸，產(chǎn)率為85%，法拉第效率為84%。KA油特別是環(huán)己酮在水溶液中的溶解性差且擴散緩慢，使其難以在催化劑表面富集和吸附以進行電催化氧化反應(yīng)，導(dǎo)致其催化活性差。此外，由于傳質(zhì)限制，作為競爭反應(yīng)的析氧反應(yīng)將在高電流密度下占主導(dǎo)地位，從而降低法拉第效率、增加反應(yīng)能耗。針對上述問題，該團隊提出催化劑界面微環(huán)境調(diào)控策略，設(shè)計合成了四氧化三鈷/石墨炔（Co3O4/GDY）復(fù)合電催化劑。利用GDY本征的全碳結(jié)構(gòu)疏水性和豐富的炔鍵，GDY可以作為催化劑疏水性和活性中心電子結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)劑。電化學(xué)動力學(xué)實驗結(jié)合分子動力學(xué)模擬結(jié)果表明，該復(fù)合催化劑可以更高效地富集、吸附有機反應(yīng)底物，提高KA油電氧化制備己二酸的反應(yīng)速率和法拉第效率。與不修飾GDY的Co3O4相比，該Co3O4/GDY生成己二酸的反應(yīng)速率提高達1.6倍，法拉第效率從73%提高到92%。相關(guān)研究成果以Sustainable Adipic Acid Production via Paired Electrolysis of Lignin-derived Phenolic Compounds with Water as Hydrogen and Oxygen Sources為題發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（JACS）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、中國科學(xué)院-香港大學(xué)新材料聯(lián)合實驗室基金等的支持。論文鏈接己二酸的綠色電合成示意圖