近日，我们团队在电催化炔醇半加氢领域取得重要突破。相关研究成果以“Carbon-doping-induced adsorption energy gradient for highly selective alkynol semi-hydrogenation over PdCu catalysts”为题，发表于国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》（CEJ）。论文第一作者为任媛同学，通讯作者为金明尚教授。

破解选择性难题：从“同向调控”到“解耦吸附”

炔醇半加氢制备烯醇是香料、维生素等精细化学品生产中的关键反应。传统电催化路线虽可持续，但面临严峻的选择性挑战——烯醇产物易被过度加氢生成烷醇，同时竞争性的析氢反应（HER）进一步降低效率。根本原因在于，常规的电子调控策略（如合金化、应变工程）会同时增强或减弱反应物和产物的吸附强度，无法将二者解耦。

针对这一难题，研究团队提出“吸附能梯度”设计新范式，通过在Pd₇₈Cu₂₂纳米花合金中间隙掺杂碳原子，诱导催化位点产生电子密度发散，构筑了互补的Pd^δ+（缺电子）和Cu^δ-（富电子）双中心。其中，Pd^δ+位点增强炔醇吸附并稳定活性氢（H*），而Cu^δ-位点通过静电排斥作用削弱烯醇结合，从而同时加速目标反应并抑制过加氢。

性能创纪录：高转化、高选择、高效率

优化后的Pd₇₈Cu₂₂C纳米花催化剂在-0.3 V（vs. RHE）条件下，实现了95.6%的炔醇转化率、96.3%的烯醇选择性以及80.6%的法拉第效率，综合性能显著优于已报道的电催化剂。尤为突出的是，其阴极能量效率高达40 mol kWh-1，处于文献报道的领先水平。此外，催化剂在流动池中稳定运行36小时无衰减，且对多种炔醇底物（含芳香环、杂环、内炔等）均保持>90%的烯烃选择性，展现了优异的普适性和工业应用潜力。

机理揭示：电子密度发散驱动路径调控

结合XPS、原位ATR-FTIR和DFT计算，研究团队揭示了碳掺杂引发的电子密度发散机制：碳原子嵌入晶格后，Pd 3d峰正移（Pd^δ+），Cu 2p峰负移（Cu^δ-），形成强弱互补的吸附位点。DFT计算表明，炔醇（MBY）在Pd₇₈Cu₂₂C上的吸附能（ΔG = -3.6 eV）显著强于未掺杂合金（-2.38 eV），而烯醇（MBE）的吸附能（-1.39 eV）则弱于后者（-1.62 eV），实现了吸附能的成功解耦。进一步动力学实验证实，碳掺杂加速了水解离产生活性氢（H*）的步骤，同时抑制了次表面氢的形成，从而在半加氢路径上实现了高效、精准的催化循环。

“电子密度发散-吸附”新范式

该工作不仅提供了一种高性能的炔醇半加氢电催化剂，更提出了“电子密度发散-吸附”的通用设计策略——通过原子级掺杂构建吸附能梯度，为多步电化学转化中竞争路径的精准调控开辟了新方向。这一策略有望推广至其他选择性加氢、CO₂还原及有机电合成反应。

论文信息：

Yuan Ren, Jiapeng Huang, Yaohui Zhao, Ruiyun Guo, Yanan Li, Zixin Ge, Qian Wang, Junhao Lu, Anyu Feng, Chenyao Xiao, Mingshang Jin. Carbon-doping-induced adsorption energy gradient for highly selective alkynol semi-hydrogenation over PdCu catalysts. Chemical Engineering Journal, 2026. DOI: 10.1016/j.cej.2026.176373

链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726038349?via%3Dihub