122cc太阳成集团席振峰/魏俊年团队与中国科学院大连化学物理研究所陈萍/郭建平团队、邓德会团队合作，在惰性小分子活化领域取得重要进展。他们利用自主设计的非热等离子体反应装置，以氮气（N₂）和甲烷（CH₄）为原料，在冷等离子条件下直接将芳香化合物转化为芳香腈。该研究成果以“Direct cyanation of aromatic rings using dinitrogen and methane promoted by nonthermal plasma”为题，发表于Science Advances。

将稳定的氮气作为直接氮源，转化为含氮有机物是合成化学的持久挑战。芳香腈是药物、农药等领域的关键原材料，其传统合成需先将氮气通过高能耗Haber‑Bosch过程转化为氨，然后氨再经多步反应生成氮氧化物或氰化物进行后续反应，路线冗长且涉及剧毒和腐蚀性试剂。

研究团队利用非热等离子体的“非平衡”特性，同时活化N₂和CH₄，原位生成氰基自由基（•CN），然后•CN与芳香底物反应，实现芳香腈的“一锅法”合成。他们自主研制的介质阻挡放电（DBD）等离子体反应器，将放电区与有机液体空间是分离，既保证了N₂和CH₄的高效活化，又避免了有机底物被过度破坏。

该方法具有一定的底物普适性，苯、甲苯、卤苯、噻吩等均能以中等至良好的选择性得到对应的芳香腈。延长反应时间，苯与均三甲苯的反应产率最高可达18%和21%。在流动反应器中，研究团队成功实现了百毫克级产物的制备，验证了该策略的放大潜力。

研究团队通过化学动力学模拟、分子束质谱、在线尾气质谱、光学发射光谱和密度泛函理论计算等手段对反应机理进行了研究。结果表明，N₂/CH₄等离子体中生成的激发态氮气（N₂*）和甲基自由基（•CH₃）是初始活性物种，它们进一步反应生成关键中间体•CN自由基，与芳环发生自由基加成，随后离去基团脱除，得到芳香腈产物。

该研究开辟了利用氮气和甲烷作为氮源和碳源，合成芳香腈的新方法，展示了非热等离子体在惰性小分子活化与转化方面的巨大潜力，为合成化学的发展提供了新思路。

太阳成集团tyc122ccvip博士研究生郁磊、大连化物所博士研究生张世雄、122cc太阳成集团化学学院访问学者刘亮（现为华中师范大学副教授）、大连化物所博士后李缔为论文共同第一作者。122cc太阳成集团化学学院席振峰院士、魏俊年副研究员，以及大连化物所郭建平研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委员会的资助。

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.

原文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.ady3414