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?三單位聯(lián)合Nature子刊:流動(dòng)電解槽中C1原料電合成乙二醇

?三單位聯(lián)合Nature子刊:流動(dòng)電解槽中C1原料電合成乙二醇
乙二醇是一種廣泛使用的商品化學(xué)品,其生產(chǎn)每年排放的CO2超過(guò)4600萬(wàn)噸?;诖?,美國(guó)特拉華大學(xué)焦鋒教授、天津大學(xué)馬新賓教授和美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校劉遠(yuǎn)越教授等人報(bào)道了一種配對(duì)電催化方法,以甲醇為原料高效的生產(chǎn)乙二醇。碳催化劑以92%的法拉第效率(FE)將甲醛還原為乙二醇,而陽(yáng)極Pt催化劑通過(guò)甲醇部分氧化生成甲醛,法拉第效率(FE)為75%。電解槽在100 mA cm?2的電流密度下僅需3.2 V的全電池電壓下,能耗降低60%。
?三單位聯(lián)合Nature子刊:流動(dòng)電解槽中C1原料電合成乙二醇
通過(guò)DFT計(jì)算,作者研究了反應(yīng)機(jī)制,重點(diǎn)關(guān)注C-C耦合步驟,因?yàn)樗赡苁嵌x乙二醇形成選擇性的關(guān)鍵。作者發(fā)現(xiàn)兩個(gè)吸附的*CH2OH之間的直接耦合在石墨烯基面上和邊緣位置都具有過(guò)高的活化能。相反,兩個(gè)解吸CH2OH之間的耦合很容易,勢(shì)壘僅為0.28 eV。
更重要的是,CH2OH從石墨烯基面上的解吸需要0.62 eV,在室溫下是可行的。結(jié)果表明,CH2OH解吸在形成乙二醇過(guò)程中起重要作用。
?三單位聯(lián)合Nature子刊:流動(dòng)電解槽中C1原料電合成乙二醇
作者比較了C、Cu和Pd之間CH2OH的解吸能,以了解為什么碳是最好的催化劑。CH2OH在Cu和Pd(111)表面的解吸能分別為1.43 eV和1.90 eV,遠(yuǎn)高于碳表面的0.62 eV。因此,較強(qiáng)的吸附作用阻礙了通往乙二醇的途徑,并引導(dǎo)反應(yīng)進(jìn)一步氫化CH2OH中間體,導(dǎo)致甲醇的形成。該低解吸能壘解釋了為什么碳是獨(dú)特的有利于乙二醇的形成,而Cu和Pd只對(duì)甲醇表現(xiàn)出選擇性。
?三單位聯(lián)合Nature子刊:流動(dòng)電解槽中C1原料電合成乙二醇
Electrosynthesis of ethylene glycol from C1 feedstocks in a flow electrolyzer. Nat. Commun., 2023, DOI:10.1038/s41467-023-40296-9.

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