末端脂肪羟基醛是合成抗抑郁药物维拉唑酮、抗炎药物薁磺酸钠等药物以及多种精细化学品的关键中间体。然而，羟基醛的合成长期以来是催化合成领域的一项难题。一方面，羟基和醛基均具有较高的化学反应活性，在合成过程中极易发生过度氧化，生成二醛、内酯或二酸等副产物；另一方面，传统的热催化氧化方法往往需要苛刻的反应条件（如高温、强氧化剂），选择性难以令人满意，而经典有机合成方法如Swern氧化则需在-78℃的超低温下进行，步骤繁琐、能耗高、难以规模化应用。如何在温和条件下实现二醇向羟基醛的高选择性、高效转化，一直是该领域亟待突破的关键科学问题。

图1 羟基醛的重要应用

面对这一挑战，华北电力大学澳洲十精准计划 首都师范大学赵桂霞教授研究团队在光催化有机合成领域取得重大突破，实现了一种在温和条件下实现脂肪族α,ω-二醇高选择性半氧化为羟基醛的光催化策略。这种策略选择性高达96%以上，产率达21.7 g/m2/h，并同步生成化学计量比的氢气。研究成果以“Unsymmetric α,ω-Diol Oxidation into Aliphatic Hydroxyaldehydes: Active Organic Intermediates with Exceptionally High Valu”为题，发表于国际化学领域顶级期刊Journal of the American Chemical Society。我校青年教师胡烨子为论文第一作者，赵桂霞教授为论文共同通讯作者。

研究团队另辟蹊径，提出光催化界面精准调控的新思路。他们系统筛选了多种氧化物光催化剂，发现富含Br?nsted酸位点的碱性水热合成锐钛矿TiO2（alk-TiO2）展现出“恰到好处”的氧化能力，既能高效活化1,6-己二醇，又不会过度氧化目标产物。团队进一步发现，在乙腈溶剂中，1,6-己二醇在催化剂表面的吸附能（-2.527 eV）远高于6-羟基己醛（-1.075 eV），这一独特的强吸附二醇、弱吸附产物效应使得目标产物一旦生成便快速脱附，避免了过度氧化。同时，在无氧（氩气）氛围下，反应过程中仅检测到碳中心自由基，无强氧化性氧自由基参与，确保了醛基不会被进一步氧化为羧酸。通过原位EPR、吸附实验和DFT计算等系统表征，团队揭示出反应发生在Pt纳米颗粒与TiO2界面的Ti5c位点上，经光激发后，TiO2产生的光生空穴通过两步氢原子转移（HAT）过程，依次从二醇的O-H键和C-H键上攫取氢原子，氢质子迁移至邻近的Pt位点结合生成氢气，从而在温和条件下实现二醇脱氢氧化为羟基醛与产氢的完美耦合。这一机制的关键在于：反应路径不依赖强氧化性活性氧物种（如超氧自由基或羟基自由基），而是通过光生空穴主导的氢原子转移路径进行，从根本上消除了醛基过度氧化的风险。

图2 光催化1,6-己二醇高选择性合成6-羟基己醛及同步产氢示意图。

基于该策略，研究团队成功将1,6-己二醇高效转化为6-羟基己醛，在15℃的温和条件下，选择性高达96%以上，产率可达21.7 g/m2/h，并同步生成化学计量比的氢气。该策略具有优异的底物普适性，可拓展至多种脂肪族α,ω-二醇，均成功获得相应羟基醛。特别是对于3-甲基-1,6-己二醇这一位阻较大的底物，团队成功合成了6-羟基-4-甲基己醛（及其半缩醛形式），该产物是天然抗生素gladiolin的C30片段合成的关键中间体，此前合成路线极为繁琐。进一步放大实验表明，在固定床流动光反应器中以30 mL/min流速连续运行80小时，可稳定获得1.04 g 6-羟基己醛，催化剂无明显失活。按目前市场价格（6-羟基己醛：1498美元/克）估算，该方法的生产成本可降低3个数量级，展现出良好的工业应用前景。该研究首次系统揭示了光催化剂表面Br?nsted酸位点、溶剂极性、底物吸附能与反应气氛等多因素协同调控反应选择性的内在机制，为不对称有机分子的精准光催化转化提供了全新的设计范式，也为绿色制药工业和生物质高值化利用开辟了新路径。

图3 光催化1,6-己二醇脱氢氧化机理

澳洲十精准计划 首都师范大学赵桂霞教授团队长期致力于环境催化与资源循环利用领域的研究，聚焦光/电催化有机物选择性转化及复杂体系中关键金属选择性提取等关键科学问题，持续开发新型功能材料与催化工艺，为推动绿色化工与核燃料循环领域低碳发展提供了重要的理论支撑与技术储备。该系列研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等多个项目的支持，近年来，团队以华北电力大学为第一/通讯单位在《Journal of the American Chemical Society》《Nature Communications》《Environmental Science & Technology》《ACS Nano》《Journal of Catalysis》等国际顶级期刊发表了系列高水平学术成果。

初审：胡烨子

复审：陈哲、武昌杰

终审：蒲沿洲