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己二酸是生产尼龙-66的重要化学原料，传统方法使用硝酸氧化环己酮和环己醇（KA油），但伴随高能耗及大量温室气体排放。电催化方法在温和条件下合成己二酸，展现了更为环保的潜力。然而，目前存在电流密度低和副产物氧气的竞争，限制了其工业应用。
成果简介
本研究开发了一种钒掺杂镍双氢氧化物（NiV-LDH-NS）催化剂，该催化剂在1.5~1.9 V（vs RHE）的宽电位窗口内表现出超过80%的法拉第效率，并在300 mA cm⁻²的工业相关电流密度下，己二酸的生产率高达1536 μmol cm⁻² h⁻¹。同时，该催化剂在长达50小时的连续运行中保持了良好的稳定性。
研究亮点
钒掺杂促进重构: 钒的掺杂显著加速了镍氢氧化物的重构过程，促进了活性相NiOOH的生成，提高了电催化性能。
增强环己酮吸附: 钒掺杂提高了催化剂表面对环己酮的吸附能力，减少了氧析出反应的竞争，显著提升了法拉第效率。
高法拉第效率与生产率: 在300 mA cm⁻²电流密度下，己二酸的法拉第效率达到82%，展示了其高效的电催化性能。
卓越的长时间稳定性: 在MEA反应器中，NiV-LDH-NS催化剂在连续电解50小时后，依然保持高效运行，显示出优异的耐久性。
配图精析
图1: 电催化KA油转化为己二酸的示意图，展示了之前研究的催化剂在低电位和高电位下的法拉第效率与电流密度的对比。右侧的表格列出了Ni(OH)₂催化剂在不同条件下的表现，强调了本研究开发的钒掺杂镍催化剂在宽电位窗口内的应用潜力。
展望
本研究表明，钒掺杂能够有效提升镍基催化剂在己二酸电合成中的性能，具有广泛的工业应用潜力。未来的研究可以继续优化钒掺杂比例和催化剂设计，以进一步提高电催化效率和可持续性。
文献信息
期刊：Nature Communications
DOI：10.1038/s41467-024-51951-0
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51951-0
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