在现代工业化学中，将简单分子（如单碳化合物）高效转化为高附加值产品，是实现资源优化利用的核心挑战。其中，甲醛（HCHO）作为最重要的C1平台分子之一，通过“增碳”反应合成乙醛（CH₃CHO），是一个极具吸引力的研究方向。该过程不仅拓宽了乙醛的生产路径，更代表了C1化学向C2+化学品延伸的关键一步。
反应的核心路径
甲醛本身是单碳分子，要生成双碳的乙醛，必须实现碳-碳键的构建。主要的技术路径基于 “氢甲酰化” 的变体反应。
传统的氢甲酰化是指烯烃与合成气（CO/H₂）反应生成多一个碳的醛。而甲醛作为反应物时，可以看作是“零碳烯烃”的类似物。其核心反应式可简化为：
HCHO + CO + H₂ → CH₃CHO
这个过程并非一步完成，其微观机制通常认为：甲醛首先与催化剂活性中心结合，随后插入一氧化碳（CO），形成关键的碳-碳键，生成一个不稳定的中间体，最后在氢气（H₂）作用下加氢还原，最终得到目标产物乙醛。
图释： 甲醛分子（HCHO）与合成气（CO和H₂）在催化反应器中相互作用。催化剂作为“分子工坊”，引导碳-碳键的构建与氢化，最终产出乙醛（CH₃CHO），并实现催化剂的循环再生。
催化剂：反应的关键
该反应的效率与选择性高度依赖于催化剂。目前研究主要集中在两类上：
均相催化剂： 以铑（Rh）或钴（Co）的有机配合物（如膦配体络合物）为代表。它们在反应中与反应物形成均一相，活性高、选择性好，但存在与产物分离困难、贵金属成本高的问题。
多相催化剂： 将活性金属（如Rh、Ir）负载在二氧化硅、氧化铝等载体上。这类催化剂易于与产物分离，可连续化操作，稳定性好，是未来工业化应用的重要方向。
技术优势与挑战
优势：
原料绿色化： 甲醛和合成气均可由煤炭、天然气或生物质转化而来，路线选择灵活，有助于减少对石油原料的依赖。
原子经济性： 理想的反应路径将所有原料原子都转化为目标产物，符合绿色化学原则。
补充传统工艺： 为乙醛生产提供了除乙烯氧化法（Wacker法）和乙醇氧化法之外的新路线。
挑战：
催化剂性能： 需要同时具备高活性、高选择性（避免生成乙醇、乙酸等副产物）和长寿命。催化剂的成本和回收是关键瓶颈。
反应条件优化： 需在适宜的溫度、压力和原料配比下运行，以平衡反应速率与能耗。
工艺经济性： 目前整体工艺成本与传统石油基路线相比尚不具备显著竞争力，需要进一步优化。
展望
甲醛增碳制乙醛是从基础C1分子迈向复杂化学品网络的典范。随着新型催化材料（如单原子催化剂）的开发、反应工程的优化，以及可再生电力制“绿氢”与“绿醇”（进而制甲醛）技术的耦合，这条路线有望在未来低碳化学工业中扮演更重要的角色。它不仅是一项化学反应，更是连接基础原料与精细化工品、探索碳资源循环利用的巧妙桥梁。
