第一作者：胡精诚、胡嘉昱、王亚涛
通讯作者：雷爱文、易红、李武、魏振威
通讯单位：武汉大学
论文DOI：10.1038/s44160-025-00968-4（点击文末「阅读原文」，直达链接）
2026年1月16日，武汉大学雷爱文、易红、李武、魏振威团队在Nature Synthesis期刊发表题为Parallel paired electrolysis of industrial exhaust SO2 and diols for value-added sulfite esters synthesis的研究论文，团队成员胡精诚、胡嘉昱、王亚涛为论文第一作者，雷爱文、易红、李武、魏振威为论文共同通讯作者。
一句话导语
工业废气 SO₂，过去只能制硫酸或单质硫，如今在电化学体系中被“精准拆解—重组”，一步转化为电池、电化学与有机合成都高度依赖的环状亚硫酸酯，为污染物资源化提供了真正可落地的新范式。
本文发表于 Nature Synthesis，系统展示了一种并行配对电解（parallel paired electrolysis）策略，实现 SO₂ 的高值定向转化。
一、研究背景
SO₂ 是化石能源燃烧和冶金工业中最常见的含硫废气之一，
问题在于：
这些产品“量大但不值钱”，几乎没有化学附加值。
相比之下，环状亚硫酸酯（cyclic sulfite esters）却是：
锂电电解液关键添加剂前体
有机合成中重要的双官能团砌块
多种高分子和功能材料的起始单元
但传统合成路线严重依赖 SOCl₂ 等高毒、高污染试剂，与“绿色化学”目标背道而驰。
二、一个关键判断：SO₂ → 亚硫酸酯，在热力学上并不“自发”
作者首先做了一个非常关键、但经常被忽略的分析：
SO₂ + 二元醇 → 环状亚硫酸酯，在标准条件下是“热力学不利”的（ΔG > 0）
这意味着：
单纯靠化学氧化剂几乎不可行
即便能反应，也难以控制、难以放大
因此，必须引入“外部能量输入 + 精准电子管理” —— 电化学正好是最合适的工具。
图1｜二氧化硫的生成来源及其化学高值化利用路径
三、并行配对电解：一边“还原 SO₂”，一边“用硫做化学”
这项工作的核心创新，在于把一个污染物，拆成两个彼此“互补”的电极反应：
阴极（还原）
SO₂ + H⁺ + e⁻ → 单质硫 S⁰
高法拉第效率生成活性硫（作者称为 Sα）
阳极（氧化）
S⁰ 在温和电位下被逐步氧化
与 1,2-二醇 / 1,3-二醇发生偶联
直接形成 5 / 6 / 7 元环状亚硫酸酯
关键点在于：
硫在整个过程中“价态不变”，但反应路径被电场精准调控
这正是并行配对电解的优势所在：
图2｜并行配对电解合成亚硫酸酯的可行性验证
四、从“商业硫”到“电化学生成硫”，体系真的跑得通吗？
作者做了一个非常严谨的验证闭环：
这一步非常关键，说明：
阴极产物不是“副产物”，而是真正参与反应的活性中间体
五、不只是“通气实验”：模拟工业烟气也能直接转化
为了避免“实验室理想条件”的质疑，作者进一步挑战了更真实的体系：
这一步直接把工作从“概念验证”推向了工程可行性讨论区间。
图3｜底物适用范围考察
六、反应为什么能发生？真正的机制证据来自哪里？
作者通过：
循环伏安（SO₂、S₈、二醇分别测试）
控电位实验
H₂¹⁸O 同位素标记
原位电化学质谱（EC-MS）
首次直接捕捉到多个关键含硫中间体，并提出完整机理：
S₈ → 阳极单电子氧化 → 硫自由基阳离子
与二醇发生亲核加成
经多步氧化 / 分子内环化
最终形成稳定的环状亚硫酸酯
特别重要的一点是：
S=O 中的氧主要来自醇，而非水
这一结论，对后续分子设计和反应拓展非常关键。
图4｜反应机理研究
图5｜反应机理的深入探究
七、不止于合成：产物还能“继续变身”
作者最后展示了该平台的延展性：
这使得整个工作不只是“污染物处理”，而是真正融入有机合成与能源材料体系。
总结一句话
这项工作用电化学的方式，把工业废气 SO₂ 拆解成“电子—硫—有机骨架”三个可编程单元，实现了从污染控制到高值化学制造的范式转变。
