近日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心副教授、张江高等研究院入驻科学家李俊团队在《Joule》上发表了题为“High-rate electro-photochemical alkane conversion to isoalcohols under ambient conditions”的最新研究成果。低碳烷烃的高值化转化是绿色化工与“双碳”战略中的关键环节，但由于其C-H键能高、极性弱，传统工业路线依赖高温高压且极易过度氧化生成二氧化碳。针对这一难题，团队创新性地设计了一种串联电-光协同催化系统（CEPS），利用溴媒介（Bromide mediator）成功将电解过程中的快速电子转移与光解过程中的选择性亚甲基C-H键活化解耦。该系统通过膜电极组件（MEA）高效生成溴素，并在光反应器中利用阳光驱动溴自由基精准活化丙烷生成2-溴丙烷，随后利用阴极生成的碱将其水解为异丙醇，从而巧妙克服了常温催化中反应速率低与过度氧化严重的博弈瓶颈。

基于该电-光协同催化策略，研究团队在常温常压的温和条件下实现了丙烷一步高速率、高选择性地定向转化为高附加值的异丙醇（图1）。系统在1 A/cm²的大电流密度下实现了73%的异丙醇电子利用效率，并在300 mA/cm²下连续稳定运行230小时，全电池电能转化效率高达60%。在放大实验中，团队利用25 cm²的大面积膜电极在模拟太阳光照射下稳定运行50小时，成功制备出1.5升浓度达2.5 M（14 wt%）的高纯度异丙醇溶液，产率达84 mmol/h。技术经济分析表明，该工艺相比传统路线可降低54%的能耗和67%的碳排放，不仅为低碳烷烃的资源化利用开辟了清洁高效的新途径，也为未来利用绿电与绿光驱动绿色化学品合成及新型工业反应器开发提供了重要支撑。

图1: 温常压串联电-光协同催化系统（CEPS）示意图及催化性能

变革性分子前沿科学中心博士后钟文、博士生刘鹏宇和博士后孟佳为论文共同第一作者，李俊教授为通讯作者。上海交通大学变革性分子前沿科学中心为论文第一完成单位。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435126002709?via%3Dihub