清华大学王定胜教授,最新Angew!

清华大学王定胜教授,最新Angew!
第一作者:杨嘉睿
通讯作者:王定胜
通讯单位:清华大学
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王定胜,清华大学化学系教授,2013年获国家优秀青年基金,2023年获国家杰出青年基金。研究方向:纳米材料制备与性能、金属纳米催化。
论文速览
氯碱工业需要消耗着巨大的能量(约165 TW h),引起了学术界和工业界的极大兴趣,其中阳极反应涉及氯离子的氧化是决定反应速率的关键因素。尽管二维稳相阳极(DSA)表现出优异的催化活性和寿命,但它们依赖于贵金属,并在次氯酸钠(NaClO)生产中表现出不可忽视的副反应,突显了无金属替代品的吸引力。然而,目前可用的分子和系统具有复杂的结构特点,不适用于大规模生产。
本研究开发了一种经济高效的三乙烯二胺(TEDA,记为2N)单分子催化剂,其在产生氯气(Cl2)和次氯酸钠(NaClO)的COP中展现出了优越的性能,仅需92 mV即可达到1000mA cm-2的电流密度,且成本仅为0.002美元/克。此外,作者还提出了一种基于非共价相互作用的新机制,为设计高效的COP阳极提供了新的思路。
图文导读
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图1:氯-相关工业的示意图。
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图2:在酸性和中性介质中对COP的电化学测试结果。
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图3:实验验证了2N在反应中的结构-活性关系。
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图4:理论计算验证了2N在反应中的机制。
总结展望
本研究的亮点在于开发了新型的无金属有机分子催化剂2N,其在氯离子氧化过程中,展现了与DSA相当的催化效率和选择性,同时在NaClO生产中表现出更高的选择性,显著降低了后续分离过程的成本。2N的无金属特性大幅降低了阳极成本,使其成为DSA的一个有潜力的替代品。
此外,2N的非共价相互作用机制,被证实是其高催化活性的驱动力。本工作不仅为氯-相关工业提供了高效的选择,也为有机电催化剂在无机电化学领域的应用开辟了新的途径。
文献信息
标题:A Simple Organo-electrocatalysis System for the Chlor-related Industry
期刊:Angewandte Chemie International Edition
DOI:10.1002/anie.202406883

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