理想环境,克服阻力!Nature大子刊发表山西大学最新电催化科研成果!

文摘   2025-01-08 09:30   上海  

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01

论文拟解决的关键挑战:

由环己酮和氮氧化物电合成环己酮肟是一种有前途的、可持续的工业过程。然而,在两相反应和羟胺竞争加氢过程中易受到较高的质量传输阻力的阻碍,导致该反应的法拉第效率和产率较低。

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02

图文简介:

针对上述挑战,山西大学的杨恒权教授和逯宇轩教授等人在Nature Synthesis发表论文,该团队设计了一种Pickering乳液液滴集成电极,从环己酮和氮氧化物出发,在克级水平上促进连续流动电催化合成环己酮肟。该方法在接近工业电流密度的环境条件下获得了较高的产率和法拉第效率(FE)。

作者通过将导电聚吡咯和两亲性银粒子同时作为电催化剂和乳化剂,实现了在两相界面的有效分散,以制备水包油型Pickering乳液。研究结果表明,液滴界面层为分散的电催化剂创造了一个局部的油水界面微环境,这种微环境通过与界面水分子之间的氢键相互作用优化了环己酮的吸附行为,促进了油酸环己酮和NH2OH之间的耦合,有助于环己酮肟的有效生产。

作者开发了一种交联策略,将微米级液滴集成到异质电极上,在高操作电流密度下实现了连续和可扩展的环己酮肟生产。乳滴为电催化剂提供了理想的局部化界面微环境,表现为水分子的定向排列和与环己酮的不完全界面氢键作用,提高了两相肟化过程的效率。此外,在电极上形成的基于液滴的网络建立了有效的电荷转移通道,可在高操作电流密度下连续生产环己酮肟,并允许连续收集产物,而无需额外的破乳步骤。

该系统解决了液滴内电荷转移相关的挑战,允许在工业相关电流密度( 100 m A cm-2)下操作,同时保持高FEs (80%)和长期运行稳定性(100h),产率约为先前报道的催化剂的5倍(0.78 mmol h-1 cm-2)。

这项工作不仅为从环己酮和氮氧化物中电催化生产环己酮肟铺平了道路,还为设计用于两相反应的高效电催化系统提供了一种直接且适应性强的策略。

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