湖南大学「国家优青」邹雨芹，最新Nature子刊！

摘要：炔烃的选择性加氢在制药、石油化学品、香水、农业化学品等的工业生产中发挥着重要作用。环境污染水平和能源危机的不断加剧正促使化学家们开发绿色和经济的合成方法。

炔烃的选择性加氢在制药、石油化学品、香水、农业化学品等的工业生产中发挥着重要作用。环境污染水平和能源危机的不断加剧正促使化学家们开发绿色和经济的合成方法。

电催化技术是一种有吸引力的方法，可以在环境温度和压力下实现烷烃的选择性加氢。由于分别使用清洁电子和水作为还原剂和氢源，电催化炔烃加氢(EAH)比传统方法表现出明显的优势，如环境友好性、操作简单、安全性、可持续性和低能耗。EAH的加氢产物主要有两种类型，即烯烃和烷烃。

尽管选择性EAH生产烯烃的已被广泛报道，但对选择性EAH形成烷烃的的研究却很少。炔烃选择性加氢形成烷烃不仅实现了丁烷-1,4-二醇(BAD)等增值化学品的合成，还实现了C≡C三键向C-C单键的定向转化。开发选择性电催化加氢的关键在于理解和应用电催化剂与反应途径之间的结构-活性关系，这是EAH领域的一个难点。

近日，湖南大学邹雨芹和陈威等通过溶剂热还原方法设计了一种独特的包含内部晶格氧原子的Cu催化剂(O-Cu NPs)，并研究了其电催化炔烃加氢形成烷烃的行为。结果表明，O-Cu NPs催化剂有利于选择性EAH生成烷烃，而其他Cu基纳米材料通常是选择性EAH转化为烯烃的活性催化剂。

多项表征表明，铜氧化物(例如Cu2O和CuO)材料在预还原过程中可以转化为金属Cu材料。第一性原理计算证明，亲核Cu0位点只能吸附和激活亲电炔烃，而不是亲核烯烃。因此，金属Cu和铜氧化物都是选择性EAH转化为烷烃的良好催化剂。

至于O-Cu NPs，金属外壳保护内部晶格氧原子免于还原，从而保证了在EAH过程中与内部晶格氧原子结合的稳定Cuδ+位点的持续运行。根据石英晶体微天平(QCM)和验证性实验结果，可以得知O-Cu NPs中稳定的Cuδ+位点不仅能吸附烯烃，还能催化烯烃电还原为烷烃。

更重要的是，内部晶格氧位点改变了O-Cu NPs上炔烃电催化加氢的产物选择性，从而显示出对烷烃具有优异的选择性(例如，在-0.3 VRHE下2-甲基-3-丁烷-2-醇(MBA)选择性为94.9%)。

总的来说，该项研究为通过调节Cu0和Cuδ+位点之间的相互作用来引导选择性EAH开辟了一条途径，更重要的是，它填补了Cu基催化剂用于选择性EAH生成烷烃的空白。

Internal lattice oxygen sites invert product selectivity in electrocatalytic alkyne hydrogenation over copper catalysts. Nature Communications, 2025.DOI: 10.1038/s41467-025-58001-3

邹雨芹，2012年硕士毕业于上海大学环化学院化工系，师从王勇教授。现任湖南大学化学化工系教授、博士生导师以及应用化学学科负责人。国家优秀青年基金获得者、湖南省优秀青年基金获得者、湖南省湖湘青年科技创新人才，岳麓学者。近年来围绕有机分子电催化转化开展了一系列研究，剖析了催化剂与有机分子间作用机制，探究了有机电催化反应路径，并在此基础上，设计一系列高效催化剂。以第一作者或通讯作者在Nature Catal.、Chem,Angew.、AM等期刊发表SCI论文近百篇，ESI高被引论文18篇。