​湖南大学ACS Catalysis：空位优化OH−和有机物的共吸附，实现选择性甘油电氧化

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​湖南大学ACS Catalysis：空位优化OH−和有机物的共吸附，实现选择性甘油电氧化
由于大量使用化石燃料造成的环境污染和能源危机，开发利用清洁可再生能源显得日益迫切。甘油(GLY)是生物柴油和生物乙醇工业的重要副产品，其全球供应过剩构成了一个重大挑战。因此，探索甘油资源开发利用的有效途径势在必行。电催化甘油氧化(GOR)转化为甲酸(FA)是一条有吸引力的途径，因为甲酸是一种关键的有机化学原料，在农药、医药、能源和其他领域有很高的应用需求。然而，甘油上多个羟基的存在阻碍了甘油氧化反应的效率和选择性。因此，探索和开发一种高效的电催化剂，使甘油选择性转化为高价值的FA至关重要。
​湖南大学ACS Catalysis：空位优化OH−和有机物的共吸附，实现选择性甘油电氧化
​湖南大学ACS Catalysis：空位优化OH−和有机物的共吸附，实现选择性甘油电氧化
近日，湖南大学邹雨芹课题组报道了一个Cr离子浸出策略，通过控制表面重构以及阳离子和氧空位的产生，成功地实现了NiCrO电催化剂的活化。原位ATR-SEIRAS光谱和电解实验结果表明，活化过程能够优化金属和氧配合物，导致生成具有高动力学的NiOOH物种；并且该引入了空位，强化了OH−吸附过程，从而提高了催化剂的催化性能。
此外，理论计算表明，碱性条件下Ni基催化剂电催化氧化甘油的反应路径为：甘油在电极表面经历平行吸附，然后转化为甘油醛、甘油酸(GLA)和乙醇酸(GCA)，最终氧化为FA并脱附；在该过程中，由于有金属离子和氧空位的存在，促进了OH−和有机物在催化剂表面的共吸附，进而导致优异的催化性能。
​湖南大学ACS Catalysis：空位优化OH−和有机物的共吸附，实现选择性甘油电氧化
​湖南大学ACS Catalysis：空位优化OH−和有机物的共吸附，实现选择性甘油电氧化
性能测试结果表明，在1.45 VRHE电位下，NiCrO-VCr，O的甘油转化率、选择性和法拉第效率(FE)分别为99%、98%和96%，并且甲酸(FA)为主要产物，而甘油酸(GLA)和乙醇酸(GCA)保持在较低浓度。
此外，研究人员在流动池中进一步验证了NiCrO-VCr，O的催化性能，其在200 mA cm−2电流密度下获得了高的转化率(95%)、选择性(97%)和FE(94%)；即使在400 mA cm−2的高电流密度下，FE仍保持在77%以上。值得注意的是，在长时间连续电解过程中，该流动池的转化率和选择性仍保持在90%以上，突出了其工业适用性。
综上，该项研究揭示了金属配位与有机电催化性能之间的构效关系，为甘油电氧化催化剂的设计以及催化剂配体环境的优化提供了指导。
Vacancy optimized coordination on nickel oxide for selective electrocatalytic oxidation of glycerol. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.3c04568

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/02/19/273479e2d4/

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