近日，我院田中群院士、范凤茹教授与斯坦福大学Richard N. Zare教授合作在微液滴化学领域取得重要进展，相关成果以“Microdroplet Cascade Catalysis for Highly Selective Production of Propylene Glycol under Ambient Conditions”为题，发表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.4c17760）。
反应中间体的理性调控是提升化学反应活性与选择性的重要途径之一。微液滴界面因其独特的亚稳态环境，能够为高自由能产物的快速合成提供动态反应场所，同时可以在界面上有效捕获和富集常规条件下难以稳定的瞬态中间体，进而突破传统体相反应的限制。通过将微液滴界面特性与光、电、热催化耦合实现多场的级联反应，可构建高效、低能耗的反应新体系，为绿色合成化学与工业催化提供创新思路。
丙二醇作为一种重要的化工原料，广泛应用于不饱和聚酯树脂、医药制剂及防冻剂等产品的生产。目前，其工业化制备主要依赖于能耗较高的两步热催化工艺。尽管通过双氧水直接氧化丙烯制备环氧丙烷，再经酸解生成丙二醇的路径具有绿色合成潜力，但该工艺仍面临两个关键挑战：一是过氧化氢的原位绿色高效合成困难；二是底物-催化剂亲疏水性失配导致的传质限制问题。这些因素共同限制了催化反应活性与效率。针对上述问题，研究团队提出了一种基于微液滴的级联催化方法，在常温常压下实现了丙二醇的高效高选择性合成。该方法通过微液滴均相催化原位生成过氧化氢，并与固相催化剂TS-1在三相界面（固-液-气）上协同作用，完成丙烯的选择性氧化。在优化条件下，丙二醇的生成浓度可达680 μM，选择性达88%。研究表明，该方法通过界面均相与异相催化的协同效应，利用微液滴的界面特性及超高比表面积，有效强化了反应物在三相界面的富集与转化过程，从而显著提升了反应活性和选择性。此外，该系统采用廉价易得的原料，配合简化的反应器设计，展现出良好的可扩展性。结合技术经济分析，研究进一步评估了该方法的工业化潜力，为微液滴技术在绿色化工过程中的产业化应用奠定了基础。
该工作是在田中群院士、范凤茹教授和斯坦福大学Richard N. Zare院士的共同指导下完成。我院2023届博士董佳宁和2025届硕士生许佳佳为论文共同第一作者。该工作得到了国家重点研发计划（2023YFA1509000）和国家自然科学基金（22222305、22021001）的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.4c17760
