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自天然氣利用發展以來，將乙烷等低烷烴直接轉化為高附加值化學品一直是巨大的挑戰。

基于此，大連化學物理研究所丁云杰研究員、楊學明研究員和宋憲根研究員等人報道了單銠（Rh）位點結合在S, N和I-摻雜的活性炭（Rh₁/AC-SNI）上，以Rh單核配合物的形式有效地催化乙烷在水溶液中、423 K下使用O₂氧化劑直接轉化為C₂氧化產物。

在Rh₁/AC-SNI上，氧化產物的周轉頻率（TOF）可高達158.5 h^-1，對比文獻報道的結果，這是最高的活性。

VASP解讀

通過DFT計算，作者模擬了反應路徑和能量變化。在乙醇生成過程中，O₂中的O自由基會取代初始Rh₁(N-AC)(S-AC)(CO)I₃（A1）中的兩個I原子，生成具有1.35 eV激活勢壘的過渡態Rh₁-2O*（TS1），是決定速率的步驟。Rh₁-2O*在乙烷的作用下活化C₂H₆生成C₂H₅*，生成?OH形成Rh₁-(O*)(OH*)(C₂H₅*)（TS2）。然后，乙基以0.21 eV的勢壘從Rh₁-(O*)(OH*)活性位點遷移到羥基上，形成Rh₁-(O*)(CH₃CH₂OH*)（TS3）。

對于乙醛生成的路徑，H₂O分子通過過渡態Rh₁-H₂O（TS1）取代初始活性位點Rh₁(N-AC)(S-AC)(CO)I₃（C1）的兩個I原子，依次形成Rh₁-(OH*)（C2）。C2進一步被O₂氧化生成Rh₁-O*（C3），而在Rh₁-O*附近的乙烷會被活化成C₂H₅，并吸附在Rh₁活性位點形成Rh₁-OH*-C₂H₅*（TS2）作為速率決定步驟，活化勢壘為0.74 eV。C₂H₅*在水中被活性O氧化為乙烯基，并通過TS3過渡態與OH*迅速結合形成Rh-C₂H₄OH*（C7）。C₂H₄OH*極易發生重構，然后形成的乙醛與Rh活性位點分離。

Water-participated mild oxidation of ethane to acetaldehyde. Nat. Commun., 2024, DOI: 0.1038/s41467-024-46884-7.

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