beat365席振峰/魏俊年團隊與中國科學院大連化學物理研究所陳萍/郭建平團隊、鄧德會團隊合作，在惰性小分子活化領域取得重要進展。他們利用自主設計的非熱等離子體反應裝置，以氮氣（N2）和甲烷（CH4）為原料，在冷等離子條件下直接将芳香化合物轉化為芳香腈。該研究成果以“Direct cyanation of aromatic rings using dinitrogen and methane promoted by nonthermal plasma”為題，發表于Science Advances。
将穩定的氮氣作為直接氮源，轉化為含氮有機物是合成化學的持久挑戰。芳香腈是藥物、農藥等領域的關鍵原材料，其傳統合成需先将氮氣通過高能耗Haber‑Bosch過程轉化為氨，然後氨再經多步反應生成氮氧化物或氰化物進行後續反應，路線冗長且涉及劇毒和腐蝕性試劑。
研究團隊利用非熱等離子體的“非平衡”特性，同時活化N2和CH4，原位生成氰基自由基（•CN），然後•CN與芳香底物反應，實現芳香腈的“一鍋法”合成。他們自主研制的介質阻擋放電（DBD）等離子體反應器，将放電區與有機液體空間是分離，既保證了N2和CH4的高效活化，又避免了有機底物被過度破壞。
該方法具有一定的底物普适性，苯、甲苯、鹵苯、噻吩等均能以中等至良好的選擇性得到對應的芳香腈。延長反應時間，苯與均三甲苯的反應産率最高可達18%和21%。在流動反應器中，研究團隊成功實現了百毫克級産物的制備，驗證了該策略的放大潛力。
研究團隊通過化學動力學模拟、分子束質譜、在線尾氣質譜、光學發射光譜和密度泛函理論計算等手段對反應機理進行了研究。結果表明，N2/CH4等離子體中生成的激發态氮氣（N2*）和甲基自由基（•CH3）是初始活性物種，它們進一步反應生成關鍵中間體•CN自由基，與芳環發生自由基加成，随後離去基團脫除，得到芳香腈産物。
該研究開辟了利用氮氣和甲烷作為氮源和碳源，合成芳香腈的新方法，展示了非熱等離子體在惰性小分子活化與轉化方面的巨大潛力，為合成化學的發展提供了新思路。
beat365官方网站博士研究生郁磊、大連化物所博士研究生張世雄、beat365化學學院訪問學者劉亮（現為華中師範大學副教授）、大連化物所博士後李締為論文共同第一作者。beat365化學學院席振峰院士、魏俊年副研究員，以及大連化物所郭建平研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委員會的資助。
原文信息：Yu, L.; Zhang, S.; Liu, L.; Li, D.; Cai, Y.; Wu, C.; Hua, L.; Li, H.; Deng, D.; Chen, P.; Xi, Z.; Guo, J.; Wei, J. Sci. Adv. 2026, 12, eady3414.
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