近期，中国科学院合肥物质院固体所环境与能源纳米材料中心尹华杰研究员团队，在焦耳热界面催化实现高效节能的酯化反应方面取得新进展。相关研究成果发表在Advanced Materials 上。

焦耳加热作为一种新兴的电热辅助手段，以其均匀的热场分布、精确的温度控制能力、高效的电热转换效率以及快速的加热速率而备受瞩目。然而，在精细化学品生产等诸多中低温催化反应领域，焦耳加热的应用仍然较为罕见。酯化反应在化学、香料和制药等领域中至关重要，，但其高可逆性和低活性往往限制了总体收率的提升。以传统乙酸乙酯（EA）生产为例，当乙醇与乙酸的摩尔比为1:1时，乙酸的平衡转化率仅能达到62.5%。为了提高转化率，通常需要加入过量的乙醇或甲苯作为辅助。此外，酯化反应通常需要在较高温度（60-225°C）下进行以加速反应动力学，但这无疑会增加生产成本、加大产品分离难度并提升能耗。

基于此，研究人员提出了一种利用焦耳热界面催化（JIC）系统进行酯化反应的新途径。该途径的核心在于将焦耳加热与界面催化进行耦合（图1）。该系统以磺酸基共价有机框架（COF-SO₃H）为界面催化剂，碳毡为电热源（图2），实验结果显示，在反应物摩尔比为1：1、加热功率密度为0.49 W cm^{−3的条件下}，乙酸的转化率可达80.5%，这一数值是理论平衡极限的1.29倍（62.5%）。

研究表明，电热源与COF-SO₃H催化剂的紧密接触实现了高效、局部的焦耳加热，减少了热损失，并精确控制了反应界面。JIC系统不仅提高了酯化效率，而且为实现高收率的化学过程提供了一条可持续的节能新途径。

上述研究得到了国家自然科学基金、合肥物质院院长基金的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202413949

图1. (a) 传统体相加热（CBH）系统；(b) 用于酯化反应的焦耳加热界面催化（JIC）系统。

图2.焦耳加热界面催化（JIC）系统制备示意图。