2023年5月17日，清华大学王定胜、李亚栋团队以“工业条件下二氧化碳诱导的高效氯气析出反应（co2-mediated organocatalytic chlorine evolution under industrial conditions）”为题在nature《自然》期刊上发表最新成果，报道了在电解食盐水催化剂研究方面所取得的“有机单分子负载电催化剂”的发现。
近年来，在国家自然科学基金、科技部重点研发计划项目的支持下，清华大学王定胜、李亚栋课题组在纳米、团簇、单原子催化方面取得了系列重要进展，通过发展原子、分子尺度下的调控合成（nature chem. 2020, 12, 764; nature catal. 2022, 5, 300），发现其在电催化（nature nanotech. 2020, 15, 390）、均相催化（nature catal. 2021, 4, 523）、酶催化（nature catal. 2021, 4, 407）等方面显示出诱人的前景。相关研究表明：在原子尺度上金属单原子位点催化中心与周边的配位原子、载体的组成、结构密不可分，因此，在分子尺度下进一步探索“单分子负载催化剂”是极富挑战性的，传统金属配合物均相催化反应、有机小分子催化反应可以理解成“液相单分子催化反应”。
在上述工作的启发下，团队尝试采用将有机小分子吸附在电极上，发现了一种简单有效的有机小分子催化剂（可称之为“单分子负载催化剂”），在二氧化碳的活化作用下，对氯碱化工中阳极氯气析出反应表现出优异的催化性能，可以实现媲美工业电极的活性以及选择性，展现了在工业条件下相对可靠的稳定性与持续产出的能力。有望为氯碱工业的发展注入新的活力。
图1：电解食盐水新催化剂的发现
基于这一小分子负载电催化剂，团队研究了其机理与反应过程中催化活性的来源。与传统贵金属电极形成共价键的机理有所不同，有机小分子是通过引发形成氮自由基，进而进行单电子转移过程，将氯离子间接氧化为氯自由基，所形成的两个氯自由基进行湮灭形成氯气释放。该研究结果有望为氯碱工业节能降耗提供新的思路，同时，团队敏锐地发现可将该策略拓展运用到若干传统的金属有机“单分子电催化反应”中，有望开创一个具有工业应用前景的“单分子电催化反应”新方向。（来源：科学网）
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