全文概要

新加坡国立大学Boon Siang Yeo团队报道了一种通过一氧化碳（CO）与乙炔（C₂H₂）在氧化物衍生的Cu₅Pd催化剂上的共电解反应，高效合成C3和C5含氧化合物的新策略。该策略在−1.1 V（vs SHE）电位下，实现了C3含氧化合物（如1-丙醇、丙醛）产率比单一CO电解提升约130倍，并首次电合成出七种C5含氧化合物（如3-戊酮、环戊酮、1-戊醇等）。Pd的引入增强了CO和C₂H₂的吸附，促进C–C偶联，显著提升含氧化合物产率。机理研究表明，C3和部分C5含氧化合物通过CO与C₂H₂直接偶联形成，而末端含氧C5产物则源于CO与C₂H₂还原中间体1,3-丁二烯的反应。

本文要点

1. 高效催化性能：OD-Cu₅Pd催化剂在−1.1 V下，C3和C5含氧化合物产率分别达257和183 nmol·min⁻¹·cm⁻²，较未修饰OD-Cu提升约2倍和6倍。

2. 产物多样性：首次在电催化中检测到多种C5含氧化合物，包括线性与环状酮、醇类，拓展了电合成产物范围。

3. 机理明确：通过控制实验与同位素标记，揭示CO与C₂H₂及其衍生物（如C₂H₂、C₄H₆）为关键中间体，阐明C3与C5产物的形成路径。

4. 条件优化：系统考察电位、气体比例、温度、电解质等因素对产物选择性的影响，发现4:1 CO:C₂H₂气体比例与KI电解质最有利于C5产物形成。

5. 应用前景：该策略为利用可再生电力将C1/C2原料转化为高值C3+含氧化合物提供了可持续路径，具有工业化潜力。

文献详情

Wei Jie Teh, Ben Rowley, Boon Siang Yeo et al. Synthesis of C3 and C5 Oxygenates from the Co-electrolysis of Carbon Monoxide and Acetylene on a Cu−Pd Catalyst, J. Am. Chem. Soc. (2025) DOI: 10.1021/jacs.5c15895

全文链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c15895