近日，中国科学院大连化学物理研究所生物能源化学品研究组研究员王峰、副研究员贾秀全团队在微液滴化学研究方面取得新进展，利用微液滴的起电-放电现象，开发水相电化学选择性脱氯策略，将二氯乙烷转化为重要的聚合物单体氯乙烯。
近年来，微液滴驱动的氧化还原反应的研究快速发展，但科研人员对反应过程中的电子转移机制仍认识不足。DNL0603组前期报道了液-液和固-液微界面的构建方法（J. Am. Chem. Soc.，2023；J. Am. Chem. Soc.，2024），提出了微液滴界面电子转移过程的调控方法（J. Am. Chem. Soc.，2024），逐步建立了微液滴带电界面与氧化还原性质之间的关系（JACS Au，2024）。
基于前期对带电微液滴氧化还原反应的研究，本工作中，团队在封闭环境中通过超声驱动水在微液滴、水汽，以及体相之间快速转变，制备出具有交流电压的人造云，并以此实现了二氯乙烷的电化学选择性脱氯反应。研究人员通过云水中的电压和电流测量证实，尺寸较大的微液滴带正电，水汽中尺寸较小的亚微米液滴带负电，并且两种液滴具有不同的扩散行为和空间分布。研究发现，通过封闭环境限制亚微米液滴的扩散空间，可以增强液滴之间的起电和放电作用。电子顺磁共振谱（EPR）表征进一步确认了电子转移参与了液滴的起电和放电过程，导致体相表面富集氢自由基，而微液滴富集羟基自由基。进一步，团队通过EPR、液相色谱-高分辨率质谱、气相色谱等表征方法证明，水中的二氯乙烷首先在体相表面附近发生还原脱氯，生成氯乙基自由基中间体，随后，该中间体随着雾化过程进入微液滴，并在其中加速氧化脱氢，生成氯乙烯。由于水在微液滴、水汽以及体相之间快速转变，避免了反应物和中间体的扩散限制，可显著提高超声雾化作用下氯乙烯的生成速率和选择性，相比超声空化作用，超声雾化作用的速率提升两个数量级，氯乙烯在C2气体产物中的选择性最高可达80%左右。利用上述工作提出的借助微液滴体系，可有望实现对有机氯废水的升级利用。
相关研究成果以“Microdroplet-mediated multiphase cycling in a cloud of water drives chemoselective electrolysis”为题，于近日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该工作共同第一作者是大连化物所博士研究生陈徐锞和斯坦福大学博士后夏宇。相关工作得到国家自然科学基金等项目的资助。
