【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】環(huán)氧丙烷(PO)是一種重要的基礎(chǔ)化工原料，其傳統(tǒng)生產(chǎn)方法面臨環(huán)境和成本的雙重挑戰(zhàn)，通過電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)丙烯環(huán)氧化反應(yīng)(PER)合成環(huán)氧丙烷因此受到廣泛關(guān)注。常規(guī)的氯介導(dǎo)丙烯電化學(xué)環(huán)氧化策略具有反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較高的優(yōu)勢，但仍面臨著陰極產(chǎn)生的OH-擴(kuò)散至陽極會(huì)導(dǎo)致介導(dǎo)活性物種損失和競爭副反應(yīng)加劇等問題。因此需要通過離子交換膜分隔，采用先生成氯醇中間產(chǎn)物，再進(jìn)行陰陽極液混合形成環(huán)氧丙烷的分步過程實(shí)現(xiàn)，制約了轉(zhuǎn)化效率的進(jìn)一步提高。
 

　　針對(duì)上述問題，中國科學(xué)院上海高等研究院(以下簡稱“上海高研院”)魏偉、陳為研究員團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了自支撐RuO2/Ti中空纖維透散電極，結(jié)合空間耦合策略促進(jìn)氯醇和OH-進(jìn)一步直接轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)安培級(jí)電流密度下一步法高效生成環(huán)氧丙烷。研究成果以“Spatial-coupled Ampere-level Electrochemical Propylene Epoxidation over RuO2/Ti Hollow-fiber Penetration Electrodes”為題在線發(fā)表于化學(xué)領(lǐng)域重要期刊Angewandte Chemie International Edition。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)的自支撐中空纖維透散電極，具有獨(dú)特的透散效應(yīng)顯著地提高了三相界面反應(yīng)，極大地增強(qiáng)了丙烯環(huán)氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在促進(jìn)氯醇和OH-進(jìn)一步直接轉(zhuǎn)化為環(huán)氧丙烷的同時(shí)，顯著的抑制了OH-擴(kuò)散的不利影響。通過RuO2/Ti中空纖維空間耦合策略，實(shí)現(xiàn)了安培級(jí)電流密度下無膜單池內(nèi)一步法高效制取環(huán)氧丙烷，達(dá)到了超過80%的環(huán)氧丙烷法拉第效率和859 mA cm−2的環(huán)氧丙烷分電流密度。同時(shí)，通過原位拉曼實(shí)現(xiàn)了對(duì)反應(yīng)過程的原位監(jiān)測和液相產(chǎn)物的在線定量，并進(jìn)一步結(jié)合實(shí)驗(yàn)及理論計(jì)算提出了RuO2表面形成的吸附氯物種(*Cl)對(duì)丙烯雙鍵親電進(jìn)攻實(shí)現(xiàn)環(huán)氧化反應(yīng)的新機(jī)制。
 

　　該工作為丙烯電化學(xué)環(huán)氧化高效制取環(huán)氧丙烷研究及應(yīng)用提供了新思路。論文第一作者為上海高研院王將將碩士、董笑博士(共同一作)和馮光輝博士(共同一作)。上述研究得到了中國科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、科技部催化科學(xué)重點(diǎn)專項(xiàng)、上海市科技委員會(huì)碳中和項(xiàng)目以及內(nèi)蒙科技廳重大項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)支持。(圖/文 王將將、董笑、陳為)
 

圖1. 基于RuO2/Ti中空纖維空間耦合策略實(shí)現(xiàn)安培級(jí)丙烯電化學(xué)環(huán)氧化