电化学合成是一种环境友好的化学制造技术，它利用电极（而非传统催化剂）通过电子直接驱动化学反应避免了使用污染性化学氧化还原试剂，符合绿色化学理念。目前电化学合成通常只在单一电极（阳极或阴极）进行反应，另一电极则用于副反应（如析出氢气或牺牲金属/试剂），导致效率低且耗能高。新兴的"成对电解"策略使阴、阳两极同时参与反应。但面临一个关键难题：阴、阳极相距较远（厘米级），导致两极产生的高活性中间体无法快速迁移到对侧，在传输过程中容易失活，限制了反应效率，许多反应受到阻碍。因此，开发能够突破电极间距限制、实现中间体高效传递、调控方便的新型电催化模式十分紧迫与重要。

配对氧化还原催化（PORC）是一种创新的电化学合成技术，通过在两个电极上的两种催化剂同时激活反应物，实现法拉第效率的翻倍（理论最高达200%）同时扩展了电化学合成的反应类型。传统电化学中，氧化和还原反应往往分步进行，而PORC让这两种反应协同运作，即：催化剂像“电子摆渡车”一样，快速传递电子并生成高活性中间体，这些中间体直接在溶液中结合，无需长距离迁移，避免了传统电极间距导致的中间体失活。同时，反应条件温和，可兼容更多敏感底物，甚至通过添加手性模板可以精准合成具有特定空间结构（如药物分子所需的手性中心）的产物，显著提升合成价值。

近日，武汉大学的陆庆全教授及其团队全面总结了自2022年引入“配对氧化还原催化”以来出现的各种体系。根据其反应模式，这些反应可分为三种不同的类型：1）光电催化；2）仿生电催化；3）不对称电催化。

配对氧化还原催化（PORC）通过同时驱动氧化和还原反应，突破传统分步合成的限制，避免了单一电极反应的低效高耗；通过引入两种催化剂，避免了中间体的快速失活。配对氧化还原催化的核心是选用特定催化剂精准调控反应物与中间体的活性，并利用电流或电压灵活“指挥”反应路径，可同步完成传统方法难以实现的氧化还原中性的反应，从而高效合成复杂分子。PORC大幅提升了合成效率和实用性，成为电化学合成领域的突破性工具。同时该团队还简述了配对氧化还原催化的未来：一是提升电极与催化剂的电子传递效率，结合微流体电化学、可编程交流电等新技术优化反应设计；二是开发高效分子电催化剂及新型催化系统，探索创新反应机制；三是融合酶化学、材料科学、计算模拟和人工智能等跨学科技术，推动PORC向高效化、可持续化和精准化发展，为电化学合成开辟更广阔的应用前景。

Electrochemically Driven Paired Oxidative and Reductive Catalysis

Manni, Yuyang, Yongsheng, Qingquan Lu

ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202402158