近日，大连化物所化石能源与应用催化研究部合成气转化与精细化学品催化研究中心丁云杰研究员、严丽研究员、宋宪根研究员团队在乙醇高值化转化领域取得新进展，开发了一种新型单原子催化剂，实现了乙醇在温和条件下高选择性定向转化为乙醇酸，并揭示了水介导的氧穿梭机制。

乙醇作为一种可利用的生物质和煤化工衍生平台分子，有望转化为高附加值化学品。乙醇酸（GA）是生产可生物降解材料的重要原料，然而乙醇直接氧化制备乙醇酸的反应路径尚未见报道。因此，开发高效催化剂实现乙醇制备乙醇酸具有重要意义。

在本工作中，研究人员开发了一种可控的单原子催化剂合成方法：通过调节载体预处理工艺，制备了活性炭上S/N/I配位的Rh单原子催化剂（Rh₁/AC-SNI₄₀₀）。实验结果表明，在160°C、I₂和O₂共同激发作用下，该催化剂可将乙醇直接氧化为乙醇酸，目标产物选择性为93%，周转频率（TOF）约为251 h^-1。研究发现，S/N/I的协同配位效应提高了Rh周围的电子离域性能，降低了底物吸附和决速步的能垒。活化的碘自由基夺取乙醇的β-C- H键，从而避免了乙醛副产物的生成。通过多项原位表征，研究人员揭示了一种新的水介导的氧穿梭机制：•I和•OH自由基依次夺取并插入乙醇的C–H键。高活性的•OH自由基能够取代乙醇中原有的OH，形成C=O键，从而致使所有乙醇酸产物中的氧原子都来源于水分子。同时，O₂与•I和H物种反应生成HIO，HIO分解生成H₂O和O₂，完成催化循环。

乙醇酸

乙醇酸（化学式 HOCH₂COOH）是一种天然存在于甘蔗等植物中或人工合成的小分子酸。它的分子结构很特别：带酸性的羧基（-COOH）和亲水的羟基（-OH）紧紧连在同一个碳原子上，这使得它比常见的脂肪酸（如乙酸）酸性更强，更容易释放氢离子（H⁺）。

乙醇酸不仅是护肤品中的“角质清道夫”，更是工业与医疗领域的多面手：在工厂，它能温和溶解锅炉水垢（如CaCO₃），保护金属设备免受强酸腐蚀；在医疗界，它是生产可生物降解材料的重要原料，能够变身可吸收缝合线，于体内自然降解，免去拆线痛苦；在电镀和环保领域，它能助力形成更均匀光亮的镀层，“捕获”废水中的重金属离子。

小分子“撬动”大用途，目前工业上主要通过氯乙酸碱性水解或更环保的甲醛羰基化法合成乙醇酸。