近日，Smart Materials and Devices（SMD）期刊主编、南开大学袁忠勇教授团队发表了题为“Electrocatalytic alcohol and aldehyde oxidation: advances in catalysts and reaction mechanisms for sustainable chemical synthesis”的综述文章，系统梳理了电催化醇氧化反应（AOR）的最新进展。
该工作深入解析了催化剂设计策略和反应机制，涵盖从贵金属到廉价非贵金属催化剂的优化路径，不仅提升了产率、选择性和法拉第效率，还强调了与氢析出反应（HER）耦合的潜力，为高效可持续化学合成提供了清晰的技术路线图。
这篇综述不仅系统阐述了AOR在催化剂设计、反应机制和反应器创新方面的最新原理与策略，还通过大量实验数据论证了这类绿色技术的可行性。未来研究需进一步探索非贵金属催化剂的耐久性、选择性调控机制和规模化制备，推动AOR的实际应用，实现化学工业的可持续转型。
综述探讨了贵金属（如Pt、Au、Pd）基催化剂的高活性与稳定性，但成本高昂限制应用。合金化（如PtTe、Cu3Ag7）调电子结构，降低中毒并提升选择性。非贵金属（如Ni、Cu、Co）基催化剂通过异质结构（如NiOOH-CuO）和支持体工程（如碳泡沫）实现性能媲美贵金属。关键策略包括尺寸效应、异原子掺杂、空位工程和合金化，优化中间体吸附和脱附，实现高产率和稳定性。
2. 反应机制：醇和醛氧化的关键路径与调控
文章详述了醇氧化（如乙醇、甘油）的脱氢或直接电子转移机制，强调碱性条件下晶格氧参与（LOM）提升选择性。醛氧化（如HMF到FDCA）涉及序列电子/质子转移，界面电子调制（如Co4N@CeO2）降低能垒。吸附机制（如垂直/水平吸附）和微环境调控（如CTAOH创建疏水界面）治理反应动力学，提升法拉第效率和产品选择性。
3. 反应器创新：从实验室向工业应用的优化
综述总结了流动电解槽、固体聚合物电解质（SPE）反应器和热电耦合系统的突破。这些设计克服质量传输限制和非法拉第副反应，实现单通高转化（如HMF到FDCA 95%选择性）和千瓦级规模（如4.3 kW），并降低能耗，支持连续生产。
基于上述策略的催化剂已在多项研究中展现出超越传统方法的性能，并在工业级条件下验证了卓越稳定性：如Cu3Ag7/CF在0.13 V实现100 mA·cm-2电流密度；SPCFR系统公斤级生物质转化；SPE反应器1.38 kg/h FDCA生产，成本竞争性强。
期刊：Smart Materials and Devices
题目：Electrocatalytic alcohol and aldehyde oxidation: advances in catalysts and reaction mechanisms for sustainable chemical synthesis
作者：Lei Chen, Zhong-Yong Yuan*
接受日期: 28 September 2025
原文链接: https://doi.org/10.70401/smd.2025.0017
