记者7月14日从武汉大学获悉，该校高等研究院、化学与分子科学学院雷爱文教授团队实现了交流电解环境下金属催化物种精准调控，解决了电合成条件下过渡金属催化剂容易在阴极析出失活而必须用分离池的科学难题。该研究成果近日以“程序化交流电优化铜催化C-H键转化反应”为题在线发表在国际学术期刊《科学》上。
论文通讯作者雷爱文教授介绍，电合成化学新技术具备绿色、安全和低能耗等特性，有望解决化石能源利用过程中带来的环境污染、安全生产风险和高能耗等问题。目前，这种新兴合成技术主要以直流电作为驱动力，并通过调节电流或者电压控制化学反应过程。相比之下，交流电具有极性反转和周期性波动的特点，具备更多可调节电学参数，为改进电合成过程提供更多可能。
雷爱文介绍，研究团队开发了一种可编程波形交流电合成技术（pAC），通过对交流电的相关电学参数进行程序编辑，可得到定制化的交流电信号，不同编辑模式的交流电信号不仅促进了电解条件下铜催化剂循环再生，还可分别精准调控铜催化剂形成“铜结合碳自由基物种”和“碳-铜活性物种”。研究团队还观测到不同交流电信号动态调控铜催化物种活性的变化规律。
图为可编程波形交流电合成技术演示图。（研究团队供图）
据介绍，可编程波形交流电合成技术的出现，将为电合成化学新技术在绿色制造等领域更广泛应用提供助力，为化学化工绿色化、智能化和高端化提供新的动能。