Nature Commun:催化剂设计改善苯甲醛电催化还原偶联
纳米技术 纳米 2022-12-23

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通过电化学还原偶联的方式对生物质衍生物苯甲醛进行偶联能够得到具有高附加值的氢化苯偶姻(hydrobenzoin,二苯乙醇酮)。电化学还原反应偶联的低效率主要是因为关键中间体物种羰基自由基(ketyl)的生成和二聚反应速率难以匹配(Ph-CH=O→Ph-C·-OH→Ph-C(OH)-C(OH)-Ph)。

有鉴于此,天津大学巩金龙等报道构筑Pd/Cu双金属电催化剂,通过调控电催化剂表面Pd覆盖度的方式,很好的平衡羰基自由基的生成速率和二聚速率,改善苯甲醛偶联制备氢化苯偶姻的电催化反应活性。

本文要点

(1)

电催化还原反应的法拉第效率达到63.2 %,当过电势为-0.4 V,氢化苯偶姻的产率达到1.27 mmol mg-1 h-1(0.43 mmol cm-2 h-1)。

(2)

通过实验结果和理论计算结果,发现Pd能够促进电催化反应生成羰基自由基中间体,Cu能够促进羰基自由基的偶联。原位苯甲醛吸附实验、Tafel分析、DFT计算结果显示,Pd位点是吸附关键羰基自由基中间体,Cu位点用于羰基自由基二聚。

(3)

通过两种催化位点的平衡,促进了苯甲醛偶联生成氢化苯偶姻,光谱表征分析结果验证了通过两种催化位点之间的平衡,促进反应的进行。

这项工作从设计不同反应步骤的催化活性位点角度,为理性设计用于复杂电催化反应的电催化剂提供帮助。

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参考文献

Jia Yu, Peng Zhang, Lulu Li, Kailang Li, Gong Zhang, Jia Liu, Tuo Wang, Zhi-Jian Zhao & Jinlong Gong, Electroreductive coupling of benzaldehyde by balancing the formation and dimerization of the ketyl intermediate, Nature Commun 2022

DOI: 10.1038/s41467-022-35463-3

https://www.nature.com/articles/s41467-022-35463-3


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