研究内容
均相电催化剂可以通过电极表面的单电子转移间接氧化高过电位基底，从而实现有机电合成催化循环的有效操作。然而，该化学仍然存在用量大、回收困难、催化效率低等问题。单原子催化剂(SACs)具有较高的原子利用率和优异的催化活性，在解决均相催化剂的局限性方面具有很大的前景。在均相有机电合成中，电极材料和电催化剂的选择直接决定了化学反应的途径和机制。
东北大学李文豪、广西师范大学唐海涛和清华大学王定胜采用Fe-SA@NC作为一种先进的氧化还原介质，试图改变这种情况。Fe-SA@NC使用包封热解方法合成，并在一系列已报道的有机电合成反应中表现出作为氧化还原介质的显著性能，并能够构建各种C-C/C-X键。Fe-SA@NC在探索新的有机电合成方法方面显示出巨大的潜力。作者利用它开发了一种新的环丙基酰胺的电氧化开环转化。在这种新的反应体系中，Fe-SA@NC对具有复杂结构的药物分子表现出良好的耐受性，并能够进行流动电化学合成和克级转化。相关工作以“Single-Atom Iron Catalyst as an Advanced Redox Mediator for Anodic Oxidation of Organic Electrosynthesis”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。
研究要点
要点1.作者利用电催化原理，通过将金属电催化剂作为单原子结合在电极上，研究金属电催化剂在电化学合成中的性能，这两者都是创新的。
要点2.作者首次使用包封热解方法合成以氮掺杂碳为载体的单原子Fe催化剂(Fe-SA@NC)构建一种“异质”的电氧化还原介质，并将其初步应用于几种脱氢偶联反应，以及探索新的反应体系。
要点3.机理研究表明，Fe-SA@NC与添加均相分子铁电催化剂相比，其源于表面结合的Fe(II)和Fe(III)之间的循环转化，通过连续的质子偶联氧化转化为Fe=O积累了足够的氧化能力。
这项工作突出了SACs在有机电合成中的巨大潜力，从而开辟了合成化学的新途径。
研究图文
图1. 有机电合成化学：电解法的发展。
图2. a）低价单原子铁催化剂的合成(Fe-SA@NC)。b）单原子电极的合成。
图3. a）Fe-SA@NC的HR-TEM。b）Fe-SA@NC的元素图像，使用能量色散X射线光谱测定。c）Fe-SA@NC的AC HAADF-STEM。d）Fe-SA@NC、Fe 2 O 3 、Fe-PC和Fe箔的XANES。e）Fe-SA@NC和Fe箔的FT-EXAFS。F）Fe-SA@NC的FT-EXAFS。
图4. Fe-SA@NC在有机电合成中的应用。
文献详情
Single-Atom Iron Catalyst as an Advanced Redox Mediator for Anodic Oxidation of Organic Electrosynthesis
Xin-Yu Wang, Yong-Zhou Pan, Jiarui Yang, Wen-Hao Li,* Tao Gan, Ying-Ming Pan, Hai-Tao Tang,* Dingsheng Wang*
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202404295
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