第一作者：蔡林珂
通讯作者：黄义，张兵
通讯单位：华中师范大学，天津大学
有机电催化QQ群: 692419836
研究背景
此外，海水作为氯离子的天然宝库，可以直接用作氯介导的EOR过程中的电解质。然而，对于上述过程至关重要的COR通常依赖于含有高含量贵金属Ru和/或Ir的DSA进行催化。因此，迫切需要开发由非贵金属或仅含少量贵金属的高效COR电催化剂，以推动这一绿色化学工艺的广泛应用。
本文要点
1. 报道了一种单原子Ir部分取代八面体位点Co（CoOh）的改性Co3O4（Ir1/Co3O4），其独特的原子非对称Ir-O-Co位点可以高效催化COR，实现中性海水中氯介导EOR到氯乙醇的转化。
2. 结合实验结果和密度泛函理论计算，揭示了Ir-O-Co原子构型通过加速电子转移，显著提高了COR过程中的反应动力学，并有效保持了催化剂的结构稳定性。得益于这些优势，生成氯乙醇的FE高达94.8%。与原始Co3O4相比，Ir1/Co3O4的稳定性显著提高。
图文解析
图1 Ir1/Co3O4的表征。
图3 COR机理研究
图4 氯介导的EOR性能评估
图5 氯乙醇和乙二醇的配对电合成
以乙烯为原料，通过整合阳极氯介导和阴极H2O2介导的EOR，实现了氯乙醇和乙二醇配对电合成，总FE约170%，既降低了能耗，又提高了利润空间。
总结与展望
该研究报道了具有Ir-O-Co构型的单原子Ir取代Co3O4（Ir1/Co3O4），其作为一种COR电催化剂可以实现中性海水中氯化物介导的EOR，并高选择性地生产氯乙醇。Ir1/Co3O4在生成氯乙醇方面表现出较高的活性和显著的稳定性，优于其它已报道的电催化剂。根据实验和理论计算结果，Ir1/Co3O4对COR的高活性和稳定性归因于其独特的原子非对称Ir-O-Co构型，这种构型通过强的电子耦合效应加速了电子转移，从而提高反应动力学，并有效维持了COR过程中催化剂的结构稳定性。此外，以C2H4为原料，通过集成阳极Cl介导和阴极H2O2介导的EOR，配对电合成氯乙醇和乙二醇，可实现约170%的总FE，不仅降低了能耗，还增加了利润空间。初步技术经济评估表明，以可再生电力为动力的氯乙醇和乙二醇耦合系统具有良好的经济可行性。总之，该研究深入探究了单原子调制与尖晶石氧化物在COR活性和稳定性方面的构效关系，为探索用于海水中氯介导氧化反应的高效COR电催化剂奠定了理论基础和实验依据。
作者介绍
黄义，华中师范大学化学学院研究员、博士生导师，湖北省人才计划获得者、武汉优秀青年人才、华中师范大学“桂子青年学者”。博士毕业于天津大学，随后分别在天津大学、新加坡南洋理工大学从事博士后工作。目前主要研究领域是电催化能源转化与污染物资源化，以第一或通讯作者（含共同）在Angew. Chem. Int. Ed.（8篇）、Appl. Catal. B: Environ. （3篇）、ACS Catal.、J. Energy Chem.、Nano Energy、J. Mater. Chem. A、Sci. Bull.等国际著名期刊发表论文近30篇。主持或参与多个国家自然科学基金、博士后基金，受邀担任Nanomaterials、Frontiers in Chemistry、Sustainability等期刊客座编辑以及PNSMI、ChemPhysMater等期刊青年编委。
张兵，天津大学讲席教授、博导，教育部“长江学者”特聘教授。在天津大学化学系独立建组后，长期致力于面向水中氢高效催化利用的合成化学研究。自2012年至今，以通讯作者在Acc. Chem. Res.（2篇）、Nat. Rev. Chem.、Nat. Sustain.、Nat. Catal.（4篇）、J. Am. Chem. Soc.（7篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（30篇）、Chem（3篇）、PNAS、Sci. Adv.、Nat. Commun.（10篇）、Natl. Sci. Rev.（2篇）、Energy Enviorn. Sci.（2篇）、Chem. Soc. Rev.（3篇）等期刊发表论文。相关论文得到诺贝尔化学奖得主等学者在Science、Nat. Chem.、Nat. Rev. Chem.、Nat. Rev. Mater.、Nat. Energy等期刊上的正面引用和评价。近五年他引18000余次（单篇最高他引2800余次），30篇论文入选ESI高被引论文（8篇ESI热点论文）。获得了中国化学会青年化学奖（2012）和天津市自然科学一等奖（2023），入选洪堡学者（2007）、国家优青（2014，结题优秀）、青年长江学者（2015）、国家青年拔尖人才（2018）、英国皇家化学会会士（2019）、Angew Chem作者专栏（2019）、“科睿唯安”全球高被引科学家（2021-2023）和教育部“长江学者”特聘教授（2022-2026），担任中国化学会晶体化学专业委员会委员、二氧化碳化学专业委员会委员、青年化学工作者委员会委员及Sci. China Chem.编委等。
课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/bzhangtju
文献信息
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