浙工大化工学院王鸿静团队在《Nature Communications》上发文，助力绿色有机电催化转化！

来源：浙江工业大学 2023-09-20

导读：有机电催化转化在常温常压下是由可再生电力驱动，实现低成本有机物可控转化为高价值化学品的绿色合成途径，在化学工业和有机合成领域具有重要的研究意义和应用潜力。实现该技术的关键是开发高效和稳定的电催化剂。

鉴于此，浙江工业大学化学工程学院王鸿静副教授团队提出通过用在金属泡沫基底上原位生长的Cu单原子配位的Rh金属烯阵列（Cu_SA-Rh MAs/CF）分别作为阴极和阳极的双功能催化剂，构建“电化学合成苯胺耦合甲醇电氧化转化”的绿色有机电催化体系，实现阴极和阳极同时生成高价值化学品并最大限度地提高能源效率。研究表明，Cu单原子与Rh本体之间的协同催化效应和氢溢流效应可以优化催化反应过程，促进反应物向重要中间体的稳定快速转化，并且加速目标产物的脱附。同时，Cu单原子作为有效吸附位点可以调节吸附物在Rh位点上的竞争吸附，从而促进电催化反应。另一方面，超薄金属烯阵列形成的稳定“安全墙”结构提供了充足的催化活性位点和丰富的层间通道。得益于这些优势，所制备的Cu_SA-Rh MAs/CF展现出较低的电解电压（1.05和1.18 V）即可在耦合电解系统中实现50和100 mA cm⁻²的电流密度，其阴极硝基苯转化率/苯胺选择性高达100%，并且阳极甲酸盐的法拉第效率也可达到90%以上。该研究为设计应用于高价值化学品可持续绿色电合成的单原子合金催化剂提供了一种新的思路。

通过扫描电镜和透射电镜可观察到Cu_SA-Rh MAs/CF是超薄二维纳米片阵列结构，原子力显微镜图像显示Cu_SA-Rh MAs的厚度约为1.51 nm，元素成像分析表明Cu_SA-Rh MAs的Rh和Cu元素均匀地分布在整个纳米片上，球差校正透射电镜图、三维原子地形图和同步辐射数据表明Cu_SA-Rh MAs/CF中的Cu以单原子的形式存在于纳米片中，并且样品中具有丰富的缺陷结构和低晶区域。理论计算表明Cu单原子与Rh本体之间的局部电子变化所引起的协同催化效应和氢溢流效应，促进了反应物向重要中间体的快速转化和目标产物的快速脱附，从而提高了电催化反应活性和目标产物的选择性。

Cu_SA-Rh MAs/CF的结构表征分析

Cu_SA-Rh MAs/CF的阴极电化学合成

苯胺耦合阳极甲醇电氧化性能数据

Cu_SA-Rh MAs/CF上电催化活性增强的机理分析

相关研究成果以“Atomically dispersed Cu coordinated Rh metallene arrays for simultaneously electrochemical aniline synthesis and biomass upgrading”为题于2023年9月14日发表于顶级期刊《自然通讯》（Nature Communications），论文第一作者为浙江工业大学化工学院2022级博士研究生毛祺琪，通讯作者为化工学院王鸿静副教授。研究得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。

基于Cu_SA-Rh MAs/CF的“高价值苯胺和甲酸盐的绿色可持续电合成”示意图

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浙工大化工学院王鸿静团队在《Nature Communications》上发文，助力绿色有机电催化转化！

来源：浙江工业大学 2023-09-20