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Angew. Chem. :串聯水活化和晶格氧活化實現丙烯的高效電氧化2025-04-01
1,2 – 丙二醇(PG)是一種基礎化工原料,廣泛應用于制藥、化妝品和食品制造業。傳統的PG生成過程存在能耗高、碳排放嚴重、副產物多等問題。電化學技術可以利用水氧化過程中產生的活性氧物種(ROS)實現丙烯氧化,為PG合成提供了一種綠色、簡單、經濟的途徑。然而,該方法的PG產率和法拉第效率(FE)仍有待提高。

作為一種高效的ROS,*OOH被廣泛用于多種有機化合物的選擇性氧化反應中,尤其是氧轉移反應和雙羥基化反應。此外,因其氧化還原電位與丙烯氧化電位匹配良好,對丙烯選擇性氧化具有顯著優勢。

近日,華中師范大學劉曉教授、賈法龍副教授團隊通過構建納米團簇CuOx負載的MnO2納米棒氧化物界面,串聯水活化和晶格氧活化生成高活性的*OOH物種,從而將丙烯的電氧化從傳統的*OH路徑轉換為更高效的*OOH途徑,實現了丙烯向PG的高效轉化。

 

 

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機理研究表明,CuOx-MnO2?的表面氧空位和氧化物界面相互作用分別激活了吸附水分子和界面晶格氧。水分子在表面氧空位處解離生成*OH物種,與相鄰的活性界面晶格氧偶聯形成*OOH物種,進一步將丙烯氧化成環氧丙烷?(PO) 中間體。隨后,氧化電位下生成的 MnIV?物種促進了水對PO中間體的親核開環進攻,生成PG。此外,界面相互作用增強了底物丙烯的吸附和活化。

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在該工作中,納米團簇CuOx修飾的MnO2?電催化劑實現了產物PG 63.0 g/m2/h的產率和95%的法拉第效率,為電催化丙烯氧化機理提供了新的見解,并為非貴金屬基催化劑和可再生電力驅動的精細化學品合成提供了新思路。

文信息

Cascading Water Activation and Interfacial Lattice Oxygen over Nanocluster CuOx-Modified MnO2?for Electrocatalytic Propylene Oxidation

Ming Cheng,?Jintong Lan,?Xiaoxian Sun,?Fanyu Wang,?Ailijiang Tuerdi,?Falong Jia,?Yanbing Guo,?Xiao Liu

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202420780

 

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