乙烯（C2H4）与二氧化碳（CO2）的加氢/双羧化用于生产高附加值的羧酸，这一反应在工业上具有重要意义，但由于其反应活性极低，实现这一反应极具挑战性。
2025年3月11日，中国科学技术大学马骏在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society上发表了题为《Tunable Hydro/Dicarboxylation of Ethylene with CO2 via a Barrierless Radiolytic Free-Radicals Pathway》的研究论文，Hang Zhang、Zhiwen Jiang为论文共同第一作者，马骏为论文通讯作者。
马骏，中国科学技术大学特任教授，2019年海外高层次青年人才入选者、2023年江苏省杰出青年基金入选者、中国科协智库青年人才。2009年毕业于武汉理工大学，获得学士学位；2012年毕业于北京大学，获得硕士学位；2015年毕业于巴黎南大学，获得博士学位；2015年-2017年进入瑞士苏黎世联邦理工大学进行博士后研究；2017年-2018年以日本学术振兴学会学者身份进入京都大学学习；2019年-2023年进入南京航空航天大学担任材料科学院教授；2023年至今担任中国科学技术大学核科学技术学院特任教授。
马骏教授主要从事辐射化学方向研究。近年来以第一/通讯作者在Nat. Commun.，Sci. Adv.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Matter等国际知名期刊上发表SCI论文60余篇。受邀担任中国核学会辐射研究与应用协会副理事长、法国大科学装置项目评审人、Nuclear Analysis编委、 辐射类SCI期刊Rad. Res.，Rad. Phys. Chem.客座编辑等。主持承担国家与省部级项目9项。曾获中核杯揭榜挂帅先锋奖、辐射化学最佳青年研究学者奖、国际原子能辐射加工协会青年科学家奖等。
在本文中，作者提出了一种有效的方法，通过高能水辐解催化CO2和C2H4混合物合成丙酸和丁二酸。该过程涉及通过水合电子无势垒地附着在CO2上生成CO2自由基阴离子（*CO2–），从而在环境条件下实现乙烯的连续羧化，并且效率高达81.4%。
利用易于获得的电子束辐照，团队实现了0.34 mmol L-1 min-1的羧酸总产率，现有方法无法实现。
此外，加氢/双羧化反应的产物选择性取决于剂量率/束流强度：高剂量率辐照有利于丁二酸的形成，比例产率高达65.4%，而较温和的条件则可实现丙酸的85.1%产率。
这种羧化方法的简单性和高效性将促进可持续化学工业中的碳循环。
图1：水辐解产生的瞬态物种及自由基形成机理
图2：反应产物的鉴定表征
图3：不同条件下的产物产率及自由基形成机理
图4：工业放大模拟测试
图5：各种工业方法的原料成本和能耗对比
综上，作者提出了一种通过高能水辐解实现CO2与C2H4的高效加氢/羧化反应策略，用于合成高附加值的丙酸和丁二酸。该方法利用水辐解产生的高活性自由基中间体，在常温下实现了底物的加氢/双羧化反应，并通过调节辐照剂量率或束流强度实现了产物选择性的调控。
由于无需贵金属催化剂，具有原子经济性和环境友好性。这一成果不仅为CO2与C2H4的高附加值转化提供了一种高效、可持续的新途径，还展示了其在工业化学品合成中的巨大应用潜力，尤其是在生产丙酸和丁二酸等重要有机酸方面。
Zhang H., Jiang Z., Hu C. et al. Tunable Hydro/Dicarboxylation of Ethylene with CO2 via a Barrierless Radiolytic Free-Radicals Pathway. J. Am. Chem. Soc. (2025). https://doi.org/10.1021/jacs.4c17761.