Angew. Chem. :镍氧化钼异质节催化剂用于电催化苯酚还原

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生物质衍生物苯酚选择性还原是工业合成环己醇,环己酮等大宗化学品的重要路径,然而传统热催化方法面临条件苛刻、高能耗等缺点。电催化加氢由于其绿色、安全、温和的反应条件,被认为是新一代的生物质转化路径。


然而,由于电催化加氢是在水系体系中进行,电催化水解析氢不可避免的成为了电催化加氢的有力竞争反应,降低了电催化加氢反应的法拉第效率;且现有报道苯酚电催化还原材料大多使用贵金属作为活性中心,缺乏对产物选择性的控制,最终导致反应效率低,成本高。


近日,蒙纳士大学张杰副教授、中南民族大学张泽会教授、武汉科技大学黄亮副教授合作,以非贵金属镍催化剂为研究对象,通过在传统镍催化剂中引入缺陷氧化钼,成功实现了非贵金属电催化苯酚选择性转化。



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作者以含钼聚合物作为前体,通过在氢气中高温煅烧得到碳负载缺陷氧化钼,而后进一步负载镍并在氢气中还原得到缺陷氧化钼负载镍催化剂。相比于单组分镍基催化剂,缺陷氧化钼负载镍催化剂增强了苯酚在催化剂表面的吸附,进而提高了苯酚还原产物的法拉第效率。通过调控催化剂中氧空穴密度,实现了对苯酚还原产物选择性的控制。在pH = 0.7及最优催化剂的条件下,环己醇与环己酮法拉第效率分别达到95%和86%。

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原位红外实验表明,氧化钼的引入增强了苯酚分子在催化剂表面的吸附,同时,环己酮与环己醇均产生于烯醇中间体。DFT计算也表明引入氧化钼能有效增强反应物在催化剂表面吸附,从而提高法拉第效率;而氧缺陷能影响烯醇中间体后续反应路径,进而控制反应选择性。

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最终,该氧化钼镍催化剂在电催化苯酚选择性加氢中表现出高活性和可调控选择性。该工作为设计用于生物质选择性加氢的电催化剂提供了一种新策略。

文信息

Selective Electrochemical Hydrogenation of Phenol with Earth-abundant Ni−MoO2 Heterostructured Catalysts: Effect of Oxygen Vacancy on Product Selectivity

Peng Zhou, Si-Xuan Guo, Linbo Li, Tadaharu Ueda, Yoshinori Nishiwaki, Liang Huang, Zehui Zhang, Jie Zhang

本文第一作者为蒙纳士大学博士周鹏。


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202214881




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