电化学醇氧化（AORs）为生产有价值的化学品和促进耦合制氢提供了一条很有前途的途径。然而，在中等电池电位下，相应的电流密度非常低，这大大限制了整体生产率。
近日，清华大学段昊泓副教授报道了合成了一种以氢氧化钴纳米片为载体的金纳米粒子（NPs）协同催化剂（Au/CoOOH），实现了高电流密度下AORs与制氢的耦合。
文章要点
1）具体而言，室温下，在具有0.1 M苯甲醇的1 M KOH中，Au/CoOOH在1.3 V（vs.RHE）电位下的电流密度达到了340mA cm−2。在1.3V（vs.RHE）的恒定电位下，苯甲醇的氧化速率和产氢速率分别达到3.19 mmol cm−2 h−1和117.9 mL cm−2 h−1，分别是Au的26倍和28倍。在1.5 V（vs.RHE）下，电流密度可进一步达到540 mA cm−2，这是迄今为止所报道的在如此低电位下的所实现的最高电流密度值。而在实际双电极膜自由流电解槽中，在2.0 V电压下，绝对电流可以进一步达到4.8 A，突出了该催化剂在工业相关条件下的潜力。
2）实验结合自旋极化密度泛函理论(DFT)的研究表明，苯甲醇(以醇的形式)在Au/CoOOH界面上富集，并被反应势垒低的CoOOH上生成的亲电OH*氧化，从而获得比纯Au更高的活性。此外，Au/CoOOH具有广泛的底物范围，包括具有α-π键的醇，如苯基、C=C和C=O基团，表现出比Au高9~28倍的电流密度。
3）基于催化剂可以在阳极电位/开路下可逆氧化/还原的特性，研究人员开发了一种可实现长时间电氧化的间歇电位(IP)策略，可在24 h内获得高电流密度(>250 mA cm−2)。与恒定电位(CP)策略相比，该IP策略在300 mA cm−2时，苯甲醇氧化和制氢的效率分别提高了10倍和9倍，节电量为33%。
这项工作提供了一个很有希望的机会，通过设计反应物富集的界面位置来提高催化剂的电流密度，从而电合成与制氢相耦合的有价值的化学品。
参考文献
Li, Z., Yan, Y., Xu, SM. et al. Alcohols electrooxidation coupled with H2 production at high current densities promoted by a cooperative catalyst. Nat Commun 13, 147 (2022)
DOI：10.1038/s41467-021-27806-3
https://doi.org/10.1038/s41467-021-27806-3
