大连理工大学侯军刚团队最新Nature Communication：光电催化自交叉偶联实现碳链延长

背景：长链化合物是化工和能源领域的基础原料，传统碳链延长方法（如Grignard反应、Aldol缩合）依赖贵金属催化剂和高温高压条件，存在能耗高、碳排放大的问题。光电催化（PEC）结合太阳能和电能，可在温和条件下实现有机转化，但其在碳链延长中的应用机制尚不清晰。研究目的：本文旨在探索PEC体系中自由基介导的短链分子自交叉偶联策略，实现碳链延长，并揭示氯自由基（·Cl）在C-C偶联中的关键作用，同时通过电解液优化提升稳定性。结论：本研究成功构建了CoFeOOH/BiVO4光阳极，在K2SO4-KCl混合碱性电解液中，将乙二醇在常温常压下高效转化为C3化合物（甘油醛、甘油酸等），C3总选择性达51.59%，产率159.17 mmol m-2 h-1，并稳定运行40小时。机理研究表明，Cl⁻在光阳极表面被氧化为·Cl，通过氢原子转移（HAT）活化中间体乙醇醛，与乙二醇C-C断裂产生的碳中心自由基偶联生成C3产物，硫酸根（SO₄²⁻）通过抑制析氧副反应和稳定电极界面显著提升体系稳定性。该方法对C2-C6多元醇均适用，展示了普适性的自由基介导碳链增长路径，为绿色有机合成提供了新范式。