己二腈（ADN）是尼龙66、高性能聚氨酯及锂电池电解液的关键原料，全球市场规模超 100 亿美元，以 8.2% 年复合增长率扩张。其生产长期依赖丁二烯氢氰化，但需剧毒氢氰酸，日益严苛的环保要求使其难以为继。电化学加氢二聚路线虽自上世纪被发现且应用规模巨大，却受制于丙烯腈（AN）阴离子自由基的生成需高过电位，必然放大竞争的析氢反应，迫使体系依赖析氢过电位极高的Pb、Cd电极。这些金属电极存在毒性、金属浸出污染废水和惰性导致过电位大、能效低等问题。碳电极具有廉价、环保、导电性良好的优点，却因寄生性析氢和AN加氢副反应而长期不被看好。要让碳电极可用，关键就在于精确控制电极表面双电层结构。
二、【创新成果】
基于上述背景，复旦大学龚鸣研究员联合美国加州大学圣地亚哥分校熊伟教授、华东理工大学练成教授和张新胜教授在Science发表了题为“Dynamic multimodal cation-carbon interaction for efficient adiponitrile electrosynthesis”的论文，提出“动态多模态阳离子—碳相互作用”策略：以苄基三己基铵阳离子（Bn(Hexyl)3N+）取代常规四烷基铵，利用苄基与碳电极间的π-π和C-H–π等多模态非共价相互作用，主动挤压并重构电极-电解液界面双电层，构建缺水疏水界面，从而富集丙烯腈底物、排挤界面水、抑制副反应并促进自由基偶联。该策略使廉价环保的碳电极在选择性上与有毒铅基体系相当，而过电位显著降低、能效大幅提升，并已从实验室放大至159 cm2电解槽验证。本研究把电合成的调控抓手从“电极材料”转向“阳离子界面微环境”，为可持续的工业有机电合成提供了通用思路。
三、【图文解析】
图1 多模态阳离子-电极相互作用在碳电极上实现选择性且高效的ADN电合成 © 2026 AAAS
图2 阳离子-电极相互作用下的界面分析 © 2026 AAAS
图3 多模态阳离子-碳相互作用的VSFG光谱分析 © 2026 AAAS
图4 两电极实验室与放大电解槽中的动态多模态阳离子-电极相互作用 © 2026 AAAS
四、【科学启迪】
综上，本研究提出“动态多模态阳离子-碳相互作用”策略，用Bn(Hexyl)3N+在碳电极表面构建缺水界面，解决了传统Pb/Cd电极有毒、碳电极选择性差的双重难题，在低成本环保碳电极上获得与铅体系相当的选择性，同时过电位显著降低、能效大幅提升，并从实验室放大至 159 cm2电解槽验证了工业可行性。本研究把电合成的调控抓手从电极材料转向“”阳离子界面微环境”，揭示非共价相互作用（π-π、C-H–π）可主动重构界面双电层这一通用机制。该策略在 5 种金属电极上的普适性提示其可迁移至更广泛的有机电合成体系，有望替代更多有毒电极。本研究用低成本、环保的碳阴极替代有毒的Pb/Cd阴极，同时降低过电位、提升能量效率，为在水相导电体系中实现可持续的工业有机电合成打开了可行路径，也强调了阳离子中心微环境设计在电合成中的重要性。
原文详情：Dynamic multimodal cation-carbon interaction for efficient adiponitrile electrosynthesis (Science 2026, 394, 91-96)
本文由赛恩斯供稿。
