近日，先进环境装备与污染防治技术全国重点实验室在电合成酰胺类化合物领域取得新进展，相关研究成果以“Directing the Electrochemical C−N Coupling Towards Efficient Amide Synthesis via Ammonia Activation-Mediated Pathway”为题发表在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，并被选为“Very Important Paper (VIP)”。
传统热合成甲酰胺的方法严重依赖化石燃料，不仅加剧了碳预算压力，更对环境完整性构成威胁。因此，利用迅速发展的可再生能源技术，在室温下通过精准C−N反应电合成甲酰胺，成为一种富有前景的可持续替代方案。目前，如何精准调控活性中间体，进而高效地构建C−N键是当前面临的关键挑战。基于对基础催化机理的深入理解，本研究报道了一种由氨（NH3）活化介导的电化学C−N键构建新途径。该途径以甲醇和NH₃为原料，在NiCuRu基（氧）氢氧化物催化剂上实现了甲酰胺的高效、高选择性电合成。综合原位光谱分析与理论模拟，阐明了NH3在晶格氧介导的氢原子转移（HAT）过程中，优先通过初始脱氢生成关键活性中间体*NH2的反应路径。该路径不仅展现出更快的反应动力学，更重要的是，它避免醛类中间体的生成，从而有效抑制了不利的过氧化反应。此外，该途径可进一步将底物拓展至生物质/塑料等废弃碳资源衍生的多元醇及糖类化合物，其通过同步的C−C裂解实现了甲酰胺电合成，并获得了32%-60%的法拉第效率。技术经济分析证实，这种基于可再生电力的甲酰胺电合成方法具备盈利潜力，并彰显了其在绿色化学制造和废弃资源利用中的可持续优势。
图 传统热催化（a）和可持续电催化（b）合成甲酰胺化合物的路径及技术优势对比
该项研究得到了国家自然科学基金、中国科学院人才计划、姑苏创新创业领军人才计划等项目的支持。同时也得到了中国科大国家同步辐射实验室、理化科学实验中心、超算中心、微纳研究与制造中心等平台的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202518108
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