Прорыв в электроокислении пропилена

31 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

корректура

Университетом науки и технологий Китая

Исследовательская группа под руководством профессора Гэн Чжигана из Университета науки и технологий Китая (USTC) разработала молекулярный катализатор, который может подвергаться динамически обратимому взаимному превращению для электроокисления пропилена в 1,2-пропиленгликоль. Эта работа была опубликована в журнале Американского химического общества.

1,2-пропиленгликоль (ПГ) является важным химическим материалом. Традиционное производство ПГ включает окисление пропилена в оксид пропилена и гидролиз оксида пропилена в ПГ. В этом процессе в качестве окислителя используется сильно загрязняющий хлор, а гидролиз оксида пропилена требует высокой температуры или кислотной среды.

Напротив, одностадийное электроокисление пропилена до 1,2-пропандиола не только упрощает производственный процесс, но и позволяет избежать использования газообразного хлора за счет использования воды в качестве источника кислорода, что снижает загрязнение окружающей среды и стоимость энергии.

При электроокислении пропилена в ПГ образование *ОН и соединение *ОН и пропилена являются двумя ключевыми этапами. Сильная адсорбция катализатора на *ОН способствует диссоциации H2O на *ОН, тогда как слабая адсорбция способствует сочетанию *ОН и пропилена. Такой процесс приводит к масштабному соотношению энергии связи *OH с катализаторами, что серьезно ограничивает каталитические характеристики электроокисления пропилена.

Исследователи разработали молекулярный катализатор Ag-пиразола (AgPz) с динамически обратимой структурой взаимного превращения. Благодаря водородной связи между пиррольным NH и *OH, AgPz с пирроловой структурой NH обладает сильной адсорбцией к *OH, способствуя диссоциации воды с образованием *OH. Пиррольная структура NH склонна к депротонированию, что приводит к образованию H-вакансий и приводит к потере водородных связей. AgPz со структурами вакансий H обладает более слабой адсорбцией к *OH, что, в свою очередь, ускоряет связывание *OH и пропилена.

Впоследствии вакансия H рекомбинирует с водородом, превращая AgPz в пиррольную структуру NH. Динамическое взаимопревращение приводит к изменению энергии связи *OH по сравнению с AgPz, что нарушает соотношение масштабирования и эффективно увеличивает усиление электроокисления пропилена.

Оценка эффективности показала, что при рабочем потенциале 2,0 В по отношению к электроду Ag/AgCl показатели выхода ПГ с использованием AgPz в качестве катализатора достигли 288,9 ммоль гкат-1 ч-1, что более чем на порядок выше предыдущего максимального показателя. .

Больше информации: Цзинвен Ке и др., Динамически обратимое взаимное превращение молекулярных катализаторов для эффективного электроокисления пропилена в пропиленгликоль, Журнал Американского химического общества (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c00660

Информация журнала:Журнал Американского химического общества

Предоставлено Университетом науки и технологий Китая.