以廉价而丰富的无机反应物如二氧化碳(CO2)和硝酸盐(NO3−)为原料的电化学法是可持续生产有增值化学品的一种极有前途的方法。现有的例子包括CO2还原为醇和NO3−还原为氨(NH3)。
近日,耶鲁大学王海梁教授,南方科技大学梁永晔教授报道了一种级联电化学反应,该反应在碳纳米管上负载的分子钴催化剂(CoPc-NH2/CNT)的催化下,在水介质中通过CO2和NO3−的共同还原可以获得甲胺。
文章要点
1)研究人员在环境条件下,通过高度协同的一锅法获得甲胺,每个产物分子总共转移14个电子和15个质子。该工艺的总法拉第效率(FE)为13%,在连续运行至少16 h后性能没有下降,总周转频率(TON)大于5500。
2)进一步的研究表明,甲胺的合成主要是在CoPc-NH2/CNT单一电催化剂上由8个反应步骤组成的前所未有的级联反应,其中关键的C-N耦合步骤是羟胺(NH2OH)从NO3−还原到甲醛(HCHO)从CO2还原到甲醛(HCHO)的自发缩合,形成甲醛肟作为生成甲胺的关键中间体。
参考文献
Wu, Y., Jiang, Z., Lin, Z. et al. Direct electrosynthesis of methylamine from carbon dioxide and nitrate. Nat Sustain (2021)
DOI:10.1038/s41893-021-00705-7
https://doi.org/10.1038/s41893-021-00705-7