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Angew. Chem. :串联水活化和晶格氧活化实现丙烯的高效电氧化2025-04-01
1,2 – 丙二醇(PG)是一种基础化工原料,广泛应用于制药、化妆品和食品制造业。传统的PG生成过程存在能耗高、碳排放严重、副产物多等问题。电化学技术可以利用水氧化过程中产生的活性氧物种(ROS)实现丙烯氧化,为PG合成提供了一种绿色、简单、经济的途径。然而,该方法的PG产率和法拉第效率(FE)仍有待提高。

作为一种高效的ROS,*OOH被广泛用于多种有机化合物的选择性氧化反应中,尤其是氧转移反应和双羟基化反应。此外,因其氧化还原电位与丙烯氧化电位匹配良好,对丙烯选择性氧化具有显著优势。

近日,华中师范大学刘晓教授、贾法龙副教授团队通过构建纳米团簇CuOx负载的MnO2纳米棒氧化物界面,串联水活化和晶格氧活化生成高活性的*OOH物种,从而将丙烯的电氧化从传统的*OH路径转换为更高效的*OOH途径,实现了丙烯向PG的高效转化。

 

 

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机理研究表明,CuOx-MnO2 的表面氧空位和氧化物界面相互作用分别激活了吸附水分子和界面晶格氧。水分子在表面氧空位处解离生成*OH物种,与相邻的活性界面晶格氧偶联形成*OOH物种,进一步将丙烯氧化成环氧丙烷 (PO) 中间体。随后,氧化电位下生成的 MnIV 物种促进了水对PO中间体的亲核开环进攻,生成PG。此外,界面相互作用增强了底物丙烯的吸附和活化。

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在该工作中,纳米团簇CuOx修饰的MnO2 电催化剂实现了产物PG 63.0 g/m2/h的产率和95%的法拉第效率,为电催化丙烯氧化机理提供了新的见解,并为非贵金属基催化剂和可再生电力驱动的精细化学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