低级烷烃进行电化学转化合成含氧物种为利用烃类产物提供了一种经济友好的方法，但是在温和条件中进行类似转化反应具有非常大的困难，这是因为切断C-H键所需能量非常高。有鉴于此，清华大学陆奇、台湾成功大学郑沐政（Mu-Jeng Cheng）、加州理工学院William A. Goddard III等报道系统通过理论计算化学方法研究在一系列单原子合金催化剂上进行丙烷部分氧化反应，以H₂O氧化反应过程中生成的活性中间体作为氧化剂。发现控制过电势、pH值，能够在水氧化反应过程中形成了稳定的界面氧原子物种，同时这种界面氧导致丙烷合成丙酮过程中，切断C-H键的自由能低至0.54 eV，因此有望在室温中实现电催化反应。

本文要点：

（1）

揭示了三种可能具有较高反应活性的丙烷氧化催化界面Fe@Au、Ni@Au、Pd@Au，从实验中验证了Ni掺杂Au界面（在Au膜上担载Ni）催化能够进行丙烷部分氧化合成丙酮，在12 h电解后实现了10.4 μmol/L的丙酮产率。通过计算化学对Ni-Au催化反应中不同步骤反应进行计算和研究，揭示了反应过程：*O+CH₂(CH₃)₂→*OH+*CH(CH₃)₂→*O+*CH(CH₃)₂→*OCH(CH₃)₂。该反应中的决速步骤计算显示，决速步骤为起始切断C-H键，在1.8 V_SHE和pH=0.7的条件中的能垒为0.54 eV。

（2）

本文研究结果显示，通过水氧化反应生成的中间体作为氧化剂，能够作为一种有效的电催化烷烃转化为高附加值化学品的策略。

参考文献

Haochen Zhang, Chunsong Li, Qi Lu*, Mu-Jeng Cheng*, and William A. Goddard III*, Selective Activation of Propane Using Intermediates Generated during Water Oxidation, J. Am. Chem. Soc. 2021,

DOI: 10.1021/jacs.1c00377

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c00377