華科王成亮Angew. Chem.：搭建有機合成與電化學電池的橋梁

【引言】

交叉學科的應用研究一直以來都是具有前景且充滿挑戰的領域。如何把兩個毫不相干的領域關聯起來，這充滿了挑戰，也是能夠實現創新的一個非常便捷的手段。華中科技大學王成亮課題組近期突發奇想，成功的搭建了有機合成與電化學電池的橋梁，他們將電化學電池中的產物（放電后的電極）作為催化劑將其應用在有機催化Negishi交叉偶聯反應中。

【圖文導讀】

在研究材料的電化學過程中，他們發現放電后的電極材料具有非常高的活性，當電極材料中含有有機電解液時，一旦暴露在空氣中能自發產生大量的白煙并伴有火花產生。他們結合電化學分析，以及X射線吸收近邊結構(XANES)認為，放電后的電極材料中的金屬Ni是以一價的形式存在。

?圖一、各種機理分析表明放電后的材料中金屬Ni以一價形式存在

文獻中有報道過零價鎳在催化Negishi交叉偶聯反應時，存在一價中間體。為了進一步證明Ni(I)的存在，華中科技大學王成亮課題組突發奇想，將放電后的電極材料作為催化劑，在惰性氣氛下進行催化Negishi交叉偶聯反應（圖一c圖，圖二），他們發現該催化劑確實具有較好的活性。為了進一步研究充放電過程，他們將不同充放電狀態的樣品進行了詳細分析。發現樣品在放電1.1V時，幾乎不存在催化效果。而放電到0.75和0.4V之后，該有機反應的產率逐漸升高（表一）。由于該電極材料是一種混合物（活性物質、導電添加和粘合劑），被直接用于催化有機反應，因此該材料的催化效果并沒有商業的催化劑那么好（四(三苯基膦)鎳），但是這種跨領域搭建有機合成與電化學電池的橋梁思路值得推廣和借鑒。

圖二、Negishi交叉偶聯反應

表一、不同充放電狀態的電極樣品用于Negishi交叉偶聯反應

^ap-Iodoanisole: 1 mmol, phenylzinc chloride: 1 mmol, solvent: 3 mL of THF, catalyst: 0.05 mmol Ni, isolated yield, n.r.= no reaction. ^bp-Iodoanisole: 10 mmol, phenylzinc chloride: 15 mmol, solvent: 30 mL of THF, catalyst: 0.5 mmol,?GC yield.

通過對該材料的結構和充放電過程進行詳細分析，該團隊對獲得的共軛配位聚合物材料結構、化學態以及儲能機理進行了深入探討。該工作發表在Angew. Chem.上（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201908274），論文第一作者為華中科技大學光學與電子信息學院博士生陳遠，通訊作者為王成亮教授。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201908274?

本文由華中科技大學王成亮教授課題組供稿。

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