研究背景：

环氧化物是生产聚合物、药物和精细化学品的关键中间体。然而，传统生产工艺如氯醇法和共氧化法，普遍依赖高剂量化学氧化剂、高温高压等苛刻的反应条件，存在能耗高、污染重、碳排放量大等问题。与之相比，电催化合成技术具有反应条件温和、原子经济性高、可利用可再生能源驱动等显著优势，为环氧丙烷的绿色合成提供了极具前景的替代方案。然而，水在电极上分解时，会产生几种不同的活性氧中间体，它们有的能帮我们高效合成环氧化物，有的却会促进析氧反应。因此，设计电催化剂的核心就是“驯服”这些氧中间体，让它们更多地攻击烯烃的双键，而不是去生成氧气。

文章概述：

近日，齐鲁工业大学陈建宾教授团队在Advanced Synthesis & Catalysis期刊上发表综述文章，系统总结了近年来以水作为氧源的多相电催化剂用于烯烃环氧化的最新研究进展。

图文导读：

对于贵金属，科学家们想出了很多巧妙的办法：比如把银催化剂做成特定的晶面形状，或者给银搭上氧化锡载体，或者掺入少量钒，这样就能显著提高稳定性。研究还发现：金属状态的钯或铂反而容易导致副反应，只有把它们变成氧化态才有高选择性。此外，把单个铂原子“钉”在氧化钯材料上，这种催化剂能生成一种高活性的“超氧”中间体，在乙烯环氧化中实现了74%的法拉第效率。对于非贵金属，研究最多的是锰氧化物，特别适合处理环辛烯这类大个子的环状烯烃。通过调整晶面、掺入单原子，效率也能大幅提升。铁基催化剂则搞了个“双人小组”：丙烯吸附在铁位点上，银单原子负责活化水，同时还能抑制析氧反应。另外，通过改变催化剂表面的疏水性，可以富集烯烃、减少水分子的干扰，从而进一步提升选择性。

结论与展望：

贵金属与非贵金属并非优劣之分，而是各有所长——贵金属适合小分子气态烯烃，非贵金属更适合大环烯烃。不存在通用催化剂，设计须“量体裁衣”。当前挑战包括：直链烯烃活性低、OER竞争激烈、非贵金属活性和稳定性不足、原位表征手段缺乏。未来方向：发展原位光谱技术实时追踪中间体；通过缺陷工程、掺杂和表面改性提升非贵金属性能；系统研究烯烃吸附构型；耦合太阳能等可再生能源。最终目标是实现以水为氧源的绿色电化学环氧化工艺。

论文信息：

Recent Advances in Design of Heterogeneous Electrocatalyst for Direct Olefin Epoxidation with Water as the Oxygen Source

Zesheng Wang, Jiangsheng Han, Usama, Tao Chen, Jiajing Du, Baoying Li, Jinghai Zhang, Liyue Pei, Li Ma, Jianbin Chen

Advanced Synthesis & Catalysis

DOI:10.1002/adsc.70582

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adsc.70582

期刊简介：

Advanced Synthesis & Catalysis是有机化学、有机金属化学和应用化学领域最具影响力的期刊之一。该期刊重点发表学术和工业领域关于高效、实用和环境友好的有机合成的新成果，因而具有较高的影响力。主要涉及领域及方向包括：有机化学、无机化学、有机金属化学、绿色化学、均相催化、多相催化、有机催化、酶催化、不对称催化、多相催化、有机合成、不对称合成、合成方法、负载型催化剂和配体设计等。