天津大学，Nature Protocols！

研究背景

炔烃的半加氢反应是将炔烃选择性转化为烯烃的关键化学过程，因其广泛应用于石油化工、医药合成和高分子材料等领域而备受关注。特别是乙炔转化为乙烯，是生产重要大宗化学品及多种下游烯烃骨架的基础。传统的炔烃半加氢方法多依赖高温、高压及易燃氢气等苛刻条件，存在能耗高、操作安全性差以及环境污染等问题，限制了其绿色可持续发展。与传统热催化加氢相比，电催化半加氢以电能驱动，使用水作为氢源，具备温和反应条件、操作简便、绿色环保等显著优势，成为实现高效、低碳烯烃合成的理想策略。然而，电催化过程中活性氢的高效生成与合理调控、烯烃的选择性释放以及副产氢气的竞争反应依然是提升催化效率和选择性的主要挑战。

为此，天津大学张兵团队在“Nature Protocols”期刊上发表了题为“Electrocatalytic semi-hydrogenation of alkynes using water as the hydrogen source”的最新论文。该团队设计并制备了基于铜的电催化剂，包括硫修饰铜及铜纳米颗粒，有效实现了水作为氢源的烯烃半加氢反应。通过调控催化剂表面结构与电子性质，催化剂不仅促进了炔烃的高效吸附和活化，还实现了烯烃适度的吸附强度，有效避免了过度加氢生成烷烃的副反应。利用电化学原位和离位光谱技术，团队深入揭示了反应机理，明确了活性氢（H*）的生成、转移及加成过程，并阐明了沃尔默步骤在提供H*方面的关键作用。该策略显著提高了催化的法拉第效率和烯烃选择性，在常温常压下成功实现多种烯烃的高效合成。

此外，该方法兼容多种底物，适用于批量及流动反应体系，展现了优异的通用性和可扩展性，为绿色合成烯烃提供了可持续的解决方案。该研究不仅推动了电催化半加氢反应的基础理论发展，也为实现低碳环保的烯烃生产工艺奠定了坚实基础，具有广阔的应用前景和产业化潜力。

文章亮点

1.实验首次提出并实现了以水为氢源，在常温常压下利用铜基电催化剂对炔烃进行半加氢反应的方法，成功合成了多种高选择性的烯烃产物，避免了传统加氢工艺中高温高压及易燃氢气的使用。

2.实验通过设计合成了硫修饰铜和铜纳米颗粒等高效电催化剂，并在H型电池和流动反应器中进行了验证，结果显示该方法具有良好的底物普适性和官能团兼容性，且可根据需求灵活调控反应规模，从实验室小规模到克级大规模均可稳定运行。

3.实验结合电化学原位和离位光谱技术，深入探究了反应机理，确认活性氢（H*）由水在催化剂表面通过Volmer步骤生成，随后加成于吸附炔烃形成烯烃，同时有效抑制了氢气析出反应，显著提高了法拉第效率。

4.实验还采用了气体扩散电极（GDE）装置，提升了反应的传质效率和催化活性，进一步推动了电催化半加氢工艺在工业化生产中的应用潜力。

图文解读

图1：机理示意图。

图2：电催化半加氢反应底物范围。

图3：用于小规模反应的H型电池电催化装置。

图4：用于克级反应的流动反应器电催化装置。

图5：配备气体扩散电极（GDE）的流动电池电催化装置。

结论展望

本文创新性地提出并验证了以水为氢源的电催化炔烃半加氢新策略，突破了传统加氢反应对高温高压和易燃氢气的依赖，显著提升了反应的安全性和环境友好性。其次，通过基于铜的电催化剂设计，实现了活性氢的高效生成与炔烃的精准活化，解决了反应中活性氢供应与底物吸附选择性的关键矛盾，提升了烯烃的产率和选择性。再次，系统运用电化学原位与离位光谱技术，深入揭示了反应机理，明确了沃尔默步骤在活性氢生成中的核心作用以及氢析出反应的竞争影响，为后续催化剂优化提供了科学依据。

此外，该方法兼具操作简便、底物通用和规模可调的优点，体现了良好的实用价值和推广潜力。总体来看，本文不仅为绿色合成烯烃提供了一条可持续的新途径，也为电催化领域开发高效、选择性强的加氢催化剂提供了理论指导和技术支持，推动了电催化半加氢及相关水参与反应的深入发展。

原文详情：

Gao, Y., He, M., Wu, Y. et al. Electrocatalytic semi-hydrogenation of alkynes using water as the hydrogen source. Nat Protoc (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41596-025-01230-z

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