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清華大學王定勝教授,最新Angew!

清華大學王定勝教授,最新Angew!
第一作者:楊嘉睿
通訊作者:王定勝
通訊單位:清華大學
清華大學王定勝教授,最新Angew!
王定勝,清華大學化學系教授,2013年獲國家優(yōu)秀青年基金,2023年獲國家杰出青年基金。研究方向:納米材料制備與性能、金屬納米催化。
論文速覽
氯堿工業(yè)需要消耗著巨大的能量(約165?TW h),引起了學術界和工業(yè)界的極大興趣,其中陽極反應涉及氯離子的氧化是決定反應速率的關鍵因素。盡管二維穩(wěn)相陽極(DSA)表現出優(yōu)異的催化活性和壽命,但它們依賴于貴金屬,并在次氯酸鈉(NaClO)生產中表現出不可忽視的副反應,突顯了無金屬替代品的吸引力。然而,目前可用的分子和系統(tǒng)具有復雜的結構特點,不適用于大規(guī)模生產。
本研究開發(fā)了一種經濟高效的三乙烯二胺(TEDA,記為2N)單分子催化劑,其在產生氯氣(Cl2)和次氯酸鈉(NaClO)的COP中展現出了優(yōu)越的性能,僅需92 mV即可達到1000mA cm-2的電流密度,且成本僅為0.002美元/克。此外,作者還提出了一種基于非共價相互作用的新機制,為設計高效的COP陽極提供了新的思路。
圖文導讀
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圖1:氯-相關工業(yè)的示意圖。
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圖2:在酸性和中性介質中對COP的電化學測試結果。
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圖3:實驗驗證了2N在反應中的結構-活性關系。
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圖4:理論計算驗證了2N在反應中的機制。
總結展望
本研究的亮點在于開發(fā)了新型的無金屬有機分子催化劑2N,其在氯離子氧化過程中,展現了與DSA相當的催化效率和選擇性,同時在NaClO生產中表現出更高的選擇性,顯著降低了后續(xù)分離過程的成本。2N的無金屬特性大幅降低了陽極成本,使其成為DSA的一個有潛力的替代品。
此外,2N的非共價相互作用機制,被證實是其高催化活性的驅動力。本工作不僅為氯-相關工業(yè)提供了高效的選擇,也為有機電催化劑在無機電化學領域的應用開辟了新的途徑。
文獻信息
標題: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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