三单位联合Nature子刊：流动电解槽中C1原料电合成乙二醇

乙二醇是一种广泛使用的商品化学品，其生产每年排放的CO₂超过4600万吨。基于此，美国特拉华大学焦锋教授、天津大学马新宾教授和美国德克萨斯大学奥斯汀分校刘远越教授等人报道了一种配对电催化方法，以甲醇为原料高效的生产乙二醇。碳催化剂以92%的法拉第效率（FE）将甲醛还原为乙二醇，而阳极Pt催化剂通过甲醇部分氧化生成甲醛，法拉第效率（FE）为75%。电解槽在100 mA cm⁻²的电流密度下仅需3.2 V的全电池电压下，能耗降低60%。

通过DFT计算，作者研究了反应机制，重点关注C-C耦合步骤，因为它可能是定义乙二醇形成选择性的关键。作者发现两个吸附的*CH₂OH之间的直接耦合在石墨烯基面上和边缘位置都具有过高的活化能。相反，两个解吸CH₂OH之间的耦合很容易，势垒仅为0.28 eV。

更重要的是，CH₂OH从石墨烯基面上的解吸需要0.62 eV，在室温下是可行的。结果表明，CH₂OH解吸在形成乙二醇过程中起重要作用。

作者比较了C、Cu和Pd之间CH₂OH的解吸能，以了解为什么碳是最好的催化剂。CH₂OH在Cu和Pd(111)表面的解吸能分别为1.43 eV和1.90 eV，远高于碳表面的0.62 eV。因此，较强的吸附作用阻碍了通往乙二醇的途径，并引导反应进一步氢化CH₂OH中间体，导致甲醇的形成。该低解吸能垒解释了为什么碳是独特的有利于乙二醇的形成，而Cu和Pd只对甲醇表现出选择性。

Electrosynthesis of ethylene glycol from C₁ feedstocks in a flow electrolyzer. Nat. Commun., 2023, DOI:10.1038/s41467-023-40296-9.

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