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3周内两篇Angew:中国科学院上硅所施剑林团队纳米催化、电催化研究最新进展

已有 396 次阅读 2024-8-6 22:41 |系统分类:博客资讯

近日,中国科学院上海硅酸盐研究所的施剑林院士团队连续在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上发表2篇新论文,分别研究了阳极电解质界面酸度调节提高醇氧化的电催化性能,以及PBS废塑料和马来酸的无膜电催化共转化制备高纯度琥珀酸固体。


其中,“Anode-Electrolyte Interfacial Acidity Regulation Enhances Electrocatalytic Performances of Alcohol Oxidations”于2024年7月8日在线发表,“Membrane-Free Electrocatalytic Co-Conversions of PBS Waste Plastics and Maleic Acid into High-Purity Succinic Acid Solid”于2024年7月27日在线发表。


阳极电解质界面酸度调节提高醇氧化的电催化性能


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由于反应物的去质子化,电解过程中阳极表面的局部酸度明显强于本体电解质,导致电催化性能和产物分布恶化。


研究人员提出了一种阳极-电解质界面酸度调节策略,以抑制阳极表面的局部酸化,提高阳极反应的电催化活性和选择性。为了验证这一概念,采用CeO2-x路易斯酸组分用作负载金纳米粒子的载体,以加速OH-向阳极表面的扩散和富集,从而加速电催化醇氧化反应。


结果表明,与纯金相比,Au/CeO2-x在甘油氧化反应中表现出81%的乳酸选择性和693 mAcm-2电流密度的电化学活性。机理研究表明,引入的路易斯酸促进了阳极表面OH-的传质和浓度,从而通过同时增强法拉第和非法拉第过程促进了乳酸的产生。


值得注意的是,该策略可用于提高各种醇的电氧化性能,从而为高效醇电氧化和相应的电催化剂设计提供了新的视角。


PBS废塑料和马来酸的无膜电催化共转化制备高纯度琥珀酸固体


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塑料污染是一个日益严重的全球问题,可以通过塑料的全生命周期管理来解决,包括作为最有前景方法之一的塑料回收。系统设计、催化剂开发和产品分离是提高电催化塑料回收经济性的关键。


研究人员首次设计了一种无膜共生产系统,通过聚丁二酸丁二醇酯(PBS)废塑料和生物质衍生马来酸(MA)的共电解,分别在阳极和阴极生产琥珀酸(SA)。为此,合成了具有显著增强1,4-丁二醇(BDO)氧化反应(BOR)活性的Cr3+-Ni(OH)2电催化剂,并揭示了掺杂Cr作为“电子牵引器”的作用,以加速Ni2+/Ni3+循环中的速率决定步骤(RDS)。


令人印象深刻的是,该研究已获得了3.02 g h-1的超高SA生产率和对SA的超高表观法拉第效率(FEapparent=181.5%)。并开发了一种二氧化碳辅助的顺序沉淀方法来生产高纯度SA和副产品NaHCO3固体。初步的技术经济分析表明,该体系具有很大的经济效益,在未来的工业应用中前景广阔。


*相关内容请以英文原文为准


相关论文信息:


https://doi.org/10.1002/anie.202409419

https://doi.org/10.1002/anie.202411502



编辑 |余 荷

排版|王大雪

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