​Nature子刊：水参与乙烷温和条件下氧化制乙醛

自天然气利用发展以来，将乙烷等低烷烃直接转化为高附加值化学品一直是巨大的挑战。 基于此，大连化学物理研究所丁云杰研究员、杨学明研究员和宋宪根研究员等人报道了单铑（Rh）位点结合在S, N和I-掺杂的活性炭（Rh1/AC-SNI）上，以Rh单核配合物的形式有效地催化乙烷在水溶液中、423 K下使用O2氧化剂直接转化为C2氧化产物。 在Rh1/AC-SNI上，氧化产物的周转频率（TOF）可高达158.5 h-1，对比文献报道的结果，这是最高的活性。 VASP解读 通过DFT计算，作者模拟了反应路径和能量变化。在乙醇生成过程中，O2中的O自由基会取代初始Rh1(N-AC)(S-AC)(CO)I3（A1）中的两个I原子，生成具有1.35 eV激活势垒的过渡态Rh1-2O*（TS1），是决定速率的步骤。Rh1-2O*在乙烷的作用下活化C2H6生成C2H5*，生成•OH形成Rh1-(O*)(OH*)(C2H5*)（TS2）。然后，乙基以0.21 eV的势垒从Rh1-(O*)(OH*)活性位点迁移到羟基上，形成Rh1-(O*)(CH3CH2OH*)（TS3）。 对于乙醛生成的路径，H2O分子通过过渡态Rh1-H2O（TS1）取代初始活性位点Rh1(N-AC)(S-AC)(CO)I3（C1）的两个I原子，依次形成Rh1-(OH*)（C2）。C2进一步被O2氧化生成Rh1-O*（C3），而在Rh1-O*附近的乙烷会被活化成C2H5，并吸附在Rh1活性位点形成Rh1-OH*-C2H5*（TS2）作为速率决定步骤，活化势垒为0.74 eV。C2H5*在水中被活性O氧化为乙烯基，并通过TS3过渡态与OH*迅速结合形成Rh-C2H4OH*（C7）。C2H4OH*极易发生重构，然后形成的乙醛与Rh活性位点分离。 Water-participated mild oxidation of ethane to acetaldehyde. Nat. Commun.,2024, DOI: 0.1038/s41467-024-46884-7.