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有机电化学合成的研究进展 被引量:11
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作者 王振华 马聪 +2 位作者 方萍 徐海超 梅天胜 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1115-1134,共20页
有机电化学合成已成为一种实用、环境友好的合成方法,广泛应用于氧化、还原以及氧化还原中性反应.通过精准调控电流或者电位可在温和反应条件下实现一些具有挑战性的化学转化.然而,有机电化学反应也存在电极钝化、反应类型受限以及反应... 有机电化学合成已成为一种实用、环境友好的合成方法,广泛应用于氧化、还原以及氧化还原中性反应.通过精准调控电流或者电位可在温和反应条件下实现一些具有挑战性的化学转化.然而,有机电化学反应也存在电极钝化、反应类型受限以及反应活性和选择性不易调控等难题.日益紧张的能源和环境问题使得电化学合成近年来备受关注.该综述的主要对象为有机溶液体系中的电化学合成,从直接电解和间接电解两方面阐述近年来为解决这些难题所取得的进展.在直接电解方面主要是通过合理的有机电化学反应设计、改变电解模式及设备或者将电化学技术与其它的化学合成技术相融合,解决电极钝化、反应类型受限等问题.在间接电解方面主要是利用有机分子或者过渡金属作为分子电催化剂去调控电极和底物之间的电子转移以及反应选择性,实现一些选择性可控的化学转化. 展开更多
关键词 有机电化学合成 氧化还原反应 选择性转化 直接电解 间接电解
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铬酸酐电化学合成中阳极液在钛基多元金属氧化物复合电极上的电化学研究 被引量:9
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作者 李成未 齐涛 +2 位作者 王福安 张懿 陈根生 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期670-672,共3页
A new green technology of producing chromic anhydride with an electrochemical synthesis method was studied to solve the pollution problems in the traditional production process of chromic anhydride.The anolyte used wa... A new green technology of producing chromic anhydride with an electrochemical synthesis method was studied to solve the pollution problems in the traditional production process of chromic anhydride.The anolyte used was sodium dichromate solution, and the anode used was a self-made combination electrode of titanium matrix with a multiple-unit metal oxides active coating.The electrochemical behavior of sodium dichromate solution on a combination electrode of titanium matrix was studied with cyclic voltammetry as a part of the fundamental researches of this technique.The electrooxidation reaction of 160 cycles indicated that the electrode possessed a very stable electrochemical behavior.The peak currents ip and peak potentials Ep of the oxidation peaks for sodium dichromate solution of different concentrations, i.e., water under the existence of sodium dichromate, were experimentally measured at different temperatures and sweep rates v on the electrode.The equations of peak current ip versus v1/2 and peak potential Ep versus lnv were established, indicating that the electrode reaction was an irreversible diffusion-controlled reaction.The kinetic parameters and activation energy of electrode reaction was calculated, and the effects of temperature on the kinetic parameters and activation energy were preliminarily discussed. 展开更多
关键词 重铬酸钠 电化学合成 循环伏安法 不可逆反应 动力学参数
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电解水阳极析氧替代反应及高效催化剂研究进展
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作者 王淼 邓蓉蓉 张启波 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期744-764,共21页
开发先进的电解水制氢技术,推动制氢产业规模化发展,是缓解当前能源危机和环境污染的有效途径.当前发展的电解水制氢技术存在析氧反应(OER)动力学缓慢、能耗高、O2附加值低、活性氧物种降解隔膜等问题,限制了电解水制氢的大规模应用.对... 开发先进的电解水制氢技术,推动制氢产业规模化发展,是缓解当前能源危机和环境污染的有效途径.当前发展的电解水制氢技术存在析氧反应(OER)动力学缓慢、能耗高、O2附加值低、活性氧物种降解隔膜等问题,限制了电解水制氢的大规模应用.对电解水系统进行反应设计,以热力学上更易发生的阳极反应替代能垒较高的OER,降低过程能耗的同时,得到高附加值的氧化产品,具有显著的经济效益和发展潜力.本文系统综述了牺牲剂氧化反应(Sacrificial agent oxidation reaction,SAOR)和电化学合成反应(Electrochemical synthesis reaction,ESR)在OER替代研究中的最新进展,对这两大类替代反应进行了分类,重点讨论了它们的氧化机制、适用的非贵金属基催化剂及相应的调制策略.此外,对开发高性能催化剂助力低能耗混合电解水制氢系统可能面临的挑战和未来的发展方向进行了展望. 展开更多
关键词 电解水制氢 析氧替代反应 牺牲剂氧化反应 电化学合成反应 催化剂
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《药物合成反应》创新实验教学设计--电氧化4-甲基苯乙烯双硫氰基化反应
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作者 牟学清 杜蕾 +1 位作者 韩文勇 崔宝东 《广东化工》 CAS 2024年第23期153-155,158,共4页
瞄准绿色合成技术人才培养目标,本论文将电氧化4-甲基苯乙烯双硫氰基化反应的探索实验改为《药物合成反应》教学实验,丰富绿色制药人才培养体系。本实验以4-甲基苯乙烯和硫氰酸胺为原料、碳棒为阳极、铂片为阴极、四正丁基醋酸铵为电解... 瞄准绿色合成技术人才培养目标,本论文将电氧化4-甲基苯乙烯双硫氰基化反应的探索实验改为《药物合成反应》教学实验,丰富绿色制药人才培养体系。本实验以4-甲基苯乙烯和硫氰酸胺为原料、碳棒为阳极、铂片为阴极、四正丁基醋酸铵为电解质、电流为8毫安,在氩气条件下装有乙腈的三颈瓶中电解3.5小时,经过柱层析纯化得到目标产物,分离产率为68%。实验内容包括电解装置的搭建与调试、氩气置换、反应进程监测、柱层析分离及核磁结构表征等操作。该教学实验原料廉价易得、操作便捷、安全、用时较短,并采用线上线下混合式教学方式开展,有望发展为提升学生有机电化学理论和实验操作技能的推广性教学实验。 展开更多
关键词 实验教学设计 药物合成 有机电合成 4-甲基苯乙烯 双硫氰基化反应
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电催化N-芳基甘氨酸和苯并[e][1,2,3]噁噻嗪-2,2-二氧化物的串联脱羧环化反应
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作者 何蔺恒 夏稳 +1 位作者 周玉祥 于贤勇 《有机化学》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第3期997-1004,共8页
苯并[e]咪唑[1,5-c][1,2,3]并噁噻嗪-5,5-二氧化物是一类高价值的稠氮杂环化合物,具有重要的生物活性和药理活性.报道了一种电化学促进的苯并[e][1,2,3]噁噻嗪-2,2-二氧化物和N-芳基甘氨酸的串联脱羧偶联/成环反应,合成了一系列苯并[e]... 苯并[e]咪唑[1,5-c][1,2,3]并噁噻嗪-5,5-二氧化物是一类高价值的稠氮杂环化合物,具有重要的生物活性和药理活性.报道了一种电化学促进的苯并[e][1,2,3]噁噻嗪-2,2-二氧化物和N-芳基甘氨酸的串联脱羧偶联/成环反应,合成了一系列苯并[e]咪唑[1,5-c][1,2,3]并噁噻嗪-5,5-二氧化物.该反应具有条件温和绿色,操作简便,产率高,官能团兼容性好,易放大等优点,具有较高的应用价值. 展开更多
关键词 有机电化学合成 串联反应 脱羧偶联 成环反应 N-芳基甘氨酸
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Ni-Cu预合金爆炸箔电化学制备及电爆性能研究
6
作者 申子安 曾鑫 +2 位作者 朱艳丽 赵婉君 焦清介 《火工品》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期28-34,共7页
为探究电爆等离子体引发合金反应的点火机理,进一步降低爆炸箔发火电压、提高能量利用率,采用电化学方法在铜爆炸箔表面原位可控沉积Ni-Cu预合金薄膜。进行了预合金爆炸箔微观形貌、成分构成和电爆特性等实验研究,结合电爆炸反应过程监... 为探究电爆等离子体引发合金反应的点火机理,进一步降低爆炸箔发火电压、提高能量利用率,采用电化学方法在铜爆炸箔表面原位可控沉积Ni-Cu预合金薄膜。进行了预合金爆炸箔微观形貌、成分构成和电爆特性等实验研究,结合电爆炸反应过程监测探究了电爆合金化反应路径和释能机理。研究结果表明:采用电化学恒电位方法沉积金属Cu和Ni,当应用电位分别为-0.2 V和-0.8 V,反应时间均为2 700 s时,沉积的Ni-Cu预合金材料呈5μm的立方体结构且分布均匀,无明显氧化物生成。所制备的Ni-Cu预合金爆炸箔在2 000 V充电电压下的能量利用率是Cu爆炸箔的2.11倍,在电爆发生50μs后可观察到明显的合金化反应发生,等离子体膨胀范围和火花持续时间均明显大于Cu爆炸箔,更有利于等离子体直接点火。 展开更多
关键词 预合金爆炸箔 电化学制备 合金化反应 电爆性能 等离子体
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电化学合成耦合可再生能源制氢:机遇与挑战
7
作者 魏子栋 黄寻 +5 位作者 段昊泓 邵明飞 李仁贵 张金利 李灿 段雪 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第3期1-6,共6页
利用可再生能源实现物质和能量的转化,是发展节能减排技术、实现双碳目标的重要手段.有机电合成是一种温和、清洁、高效的物质合成方法,可以有效解决传统化工过程的高能耗和高污染问题.将电解水制氢与有机电合成耦合,利用水分解产生的... 利用可再生能源实现物质和能量的转化,是发展节能减排技术、实现双碳目标的重要手段.有机电合成是一种温和、清洁、高效的物质合成方法,可以有效解决传统化工过程的高能耗和高污染问题.将电解水制氢与有机电合成耦合,利用水分解产生的活性氧/氢直接氧化/还原有机物,不仅有助于降低能耗,还可以生产高附加值有机化工产品,是提高电能利用效率、降低生产成本的有效方案.然而,尽管这种方法具有诸多优势,其工业化应用仍面临一系列难题.本文回顾了电化学合成的发展历史,探讨了氢能时代为电化学合成带来的发展机遇.同时,分析了将电化学合成与电解水耦合所面临的挑战以及未来发展方向.首先,应当慎重选择与电解水制氢耦合的阳极反应体系,其氧化产物不但要具有比反应物更高的经济价值,而且要有较大的市场需求量,以匹配制氢规模.其次,虽然在热力学上有机物氧化比析氧更容易发生,但在动力学及传质方面,有机物氧化可能存在劣势,因此必须开发适用于工业制氢电流密度(500‒2000 mA cm^(‒2))的有机物氧化电极材料.第三,阳极有机产物选择性不仅影响反应物的利用率,而且决定后续分离纯化成本,需要通过调控活性氢/氧及有机物表面的竞争吸附等手段,提高阳极目标产物选择性及法拉第效率.第四,隔膜是分离两极反应物料、防止副反应发生的重要部件.然而,现有的阴、氧离子交换膜的耐有机物腐蚀性能差,需要开发适用于电解耦合体系的、具有高离子传导能力且性能稳定的新型隔膜材料.最后,当有机物氧化与电解水耦合后,产物的分离复杂程度增加,需要将精馏、萃取、膜分离等手段与电化学反应相结合,以提升电解过程效率.综上,本文讨论了电化学合成耦合可再生能源制氢的若干技术难题,为未来电合成与氢能技术共同发展提供新思路. 展开更多
关键词 电化学合成 电解水制氢 反应匹配 产物选择性 隔膜稳定性 过程强化
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电化学合成聚硅烷的反应速率 被引量:3
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作者 吴市 张峰君 +6 位作者 钱林 陈来 张家宝 潘健峰 周春节 任慕苏 孙晋良 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期273-276,共4页
采用电化学法,合成出含双键聚硅烷与不含双键聚硅烷,通过FT—IR,UV,^1HNMR表征其结构。分别研究了电化学反应体系和直接化学反应体系中Si—Cl键含量的变化,以及加入引发剂蒽对反应速率的影响。结果表明:含双键聚硅烷的合成反应速... 采用电化学法,合成出含双键聚硅烷与不含双键聚硅烷,通过FT—IR,UV,^1HNMR表征其结构。分别研究了电化学反应体系和直接化学反应体系中Si—Cl键含量的变化,以及加入引发剂蒽对反应速率的影响。结果表明:含双键聚硅烷的合成反应速率快于不含双键的聚硅烷,相同反应电量下含双键聚硅烷反应体系中的Si—Cl键含量比不含双键聚硅烷少10%~15%;在电化学合成聚硅烷的过程中。单体与镁发生的格氏反应在整个反应中占有相当的比例;引发剂葸的加入能够有效地提高不含双键聚硅烷的反应速率。本文还对电化学合成聚硅烷的反应机理进行了推测。 展开更多
关键词 聚硅烷 电化学合成 反应速率
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α-酮酸、异腈和水的电化学三组分合成α-酮酰胺 被引量:2
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作者 吴红谕 于贤勇 曹忠 《有机化学》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第12期4712-4717,共6页
电化学有机合成使用无痕的电子替代化学氧化还原试剂,是一种环境友好的合成方法.利用碘化钾作为电解质和催化剂,乙腈和水的混合溶液作为溶剂,在非分离式电解池中实现了α-酮酸、异腈和水的电化学脱羧酰基化和接力水合反应,高效合成了一... 电化学有机合成使用无痕的电子替代化学氧化还原试剂,是一种环境友好的合成方法.利用碘化钾作为电解质和催化剂,乙腈和水的混合溶液作为溶剂,在非分离式电解池中实现了α-酮酸、异腈和水的电化学脱羧酰基化和接力水合反应,高效合成了一系列的α-酮酰胺化合物.该电化学反应无需使用化学氧化剂,无需过渡金属催化剂,具有反应条件温和等优点. 展开更多
关键词 电化学合成 脱羧酰基化反应 水合反应 异腈 α-酮酰胺
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有机电化学-电流驱动未来
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作者 周鹤洋 唐海涛 何卫民 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期4-10,共7页
电化学中最基本的作用力是电子-原子核之间的静电吸引力,它通过施加电势使电子加入或脱离与原子核的相互作用,因而,它是最经典的氧化还原化学.1800年第一个电池Volta Pile的发明实现了电子在电路中的流动,标志着有机电化学的开端.自19... 电化学中最基本的作用力是电子-原子核之间的静电吸引力,它通过施加电势使电子加入或脱离与原子核的相互作用,因而,它是最经典的氧化还原化学.1800年第一个电池Volta Pile的发明实现了电子在电路中的流动,标志着有机电化学的开端.自19世纪以来,在科技革命的浪潮中,有机电化学合成取得了巨大发展,例如美国Manuel M.Baizer教授研究的丙烯腈电解还原二聚合成己二腈实现了工业化生产;纳尔科化学公司随后实现了四乙基铅的电化学工业化合成.这两个工业化案例的成功,使有机电化学合成进入了快速发展期.氧化还原是化学反应中的三大基本反应之一,对其进行研究,能极大地促进人类社会的发展.近年,有机合成工作者通过电化学策略代替传统氧化还原试剂实现了一系列氧化脱氢交叉偶联、还原偶联、金属介导的C-H键活化、不对称合成反应,极大地丰富了复杂化合物的合成方法库.有机电化学相比于传统的氧化还原化学,其采用无痕的电子作为氧化还原试剂,不仅廉价绿色,而且通过对电流、电压等方面的调节能高效地产生各种活性反应中间体,在复杂分子的合成中展现出极大的合成优势.本文主要从有机电化学反应机制优化以及跨学科新方法学的开发两个角度对未来有机电化学合成发展趋势做出展望.在反应机制优化方面,首先结合部分代表性工作,对电极材料、氧化还原催化剂的选择及修饰进行简要的评述;其次,为使有机电化学反应更具普适性,对电化学装置的开发提出期望;再次,简述了循环伏安曲线在电化学反应机理解释中的应用.另一方面,在学科联系日益紧密的形势下,对有机电化学跨(交叉)学科研究方法的发展如有机光电合成,生物电合成等领域进行了简述,对这两个领域代表性工作进行了简要介绍.同时受到人工智能在高通量化学反应研究自主学习� 展开更多
关键词 有机电化学合成 电子转移 氧化还原反应
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电化学合成纳米材料和小分子材料在电解制氢领域的应用 被引量:1
11
作者 魏家祺 陈晓东 李述周 《电化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期20-50,共31页
氢气是一种清洁、高效、可再生的新型能源,并且是未来碳中和能源供应中最具潜力的化石燃料替代品。因此,可持续氢能源制造具有极大的吸引力与迫切的需求,尤其是通过清洁、环保、零排放的电解水方法。然而,目前的电解水反应受到其缓慢的... 氢气是一种清洁、高效、可再生的新型能源,并且是未来碳中和能源供应中最具潜力的化石燃料替代品。因此,可持续氢能源制造具有极大的吸引力与迫切的需求,尤其是通过清洁、环保、零排放的电解水方法。然而,目前的电解水反应受到其缓慢的动力学以及低成本/能源效率的制约。在这些方面,电化学合成通过制造先进的电催化剂和提供更高效/增值的共电解替代品,为提高水电解的效率和效益提供了广阔的前景。它是一种环保、简单的通过电解或其他电化学操作,对从分子到纳米尺度的材料进行制造的方法。本文首先介绍了电化学合成的基本概念、设计方法以及常用方法。然后,总结了电化学合成技术在电解水领域的应用及进展。我们专注于电化学合成的纳米结构电催化剂以实现更高效的电解水制氢,以及小分子的电化学氧化以取代电解水制氢中的析氧共反应,实现更高效、增值的共电解制氢。我们系统地讨论了电化学合成条件与产物的关系,以启发未来的探索。最后,本文讨论了电化学合成在先进电解水以及其他能量转换和储存应用方面的挑战和前景。 展开更多
关键词 电化学合成 电解水 电催化剂 共电解 有机电合成 析氢反应
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通过电化学Appel反应合成腈
12
作者 李海琼 尹梦云 +3 位作者 谢芬芬 张正兵 韩盼 敬林海 《有机化学》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2229-2235,共7页
探索了一种通过电化学Appel反应合成腈的方法.该方法具有操作简单、反应条件温和、环境友好的优点,可以合成一系列芳香腈和脂肪腈类化合物.在循环伏安实验和控制实验基础上,提出了电化学Appel反应机理用于解释反应过程.
关键词 电化学合成 Appel反应 肟的脱水 腈的合成
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电化学促进的五元芳香杂环与硫氰酸铵氧化交叉脱氢偶联反应 被引量:3
13
作者 李红霞 陈棚 +4 位作者 伍智林 陆雨函 彭俊梅 陈锦杨 何卫民 《有机化学》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2022年第10期3398-3404,共7页
报道了一种无化学氧化剂、无外加电解质条件下电化学促进的五元芳香杂环化合物(吡唑、咪唑、呋喃和噻吩)与硫氰酸铵发生氧化交叉脱氢偶联反应合成硫氰基五元芳香杂环化合物的方法.反应中,硫氰酸铵发挥着电解质和硫氰化试剂的双重作用,... 报道了一种无化学氧化剂、无外加电解质条件下电化学促进的五元芳香杂环化合物(吡唑、咪唑、呋喃和噻吩)与硫氰酸铵发生氧化交叉脱氢偶联反应合成硫氰基五元芳香杂环化合物的方法.反应中,硫氰酸铵发挥着电解质和硫氰化试剂的双重作用,简化了反应体系. 展开更多
关键词 五元芳香杂环化合物 电化学合成 脱氢偶联反应 双作用 绿色化学
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两电子氧还原制备过氧化氢:贵金属催化剂的几何与电子结构调控的研究进展 被引量:2
14
作者 罗二桂 唐涛 +4 位作者 王艺 张俊明 常宇虹 胡天军 贾建峰 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1063-1076,共14页
通过两电子氧还原反应(2e-ORR)电化学合成过氧化氢(H_(2)O_(2))的显著优势是高成本效益和环境友好性,且可以实现H_(2)O_(2)的按需现场生产,其关键技术之一是安全、经济和高效2e-ORR催化剂的开发。本文概述了利用2e-ORR制备H_(2)O_(2)贵... 通过两电子氧还原反应(2e-ORR)电化学合成过氧化氢(H_(2)O_(2))的显著优势是高成本效益和环境友好性,且可以实现H_(2)O_(2)的按需现场生产,其关键技术之一是安全、经济和高效2e-ORR催化剂的开发。本文概述了利用2e-ORR制备H_(2)O_(2)贵金属基催化材料近10年的研究进展。从ORR反应机理出发,介绍了贵金属表面反应途径的调节旋钮,即*OOH结合能和O_(2)吸附模式;重点总结并举例说明了贵金属材料的几何结构和电子结构调控的方法学,强调了平衡优化催化活性和选择性的重要性;此外,简要介绍了基础实验室中2e-ORR催化剂性能的评估方法;最后,讨论了贵金属电催化合成H_(2)O_(2)的挑战和前景,特别是催化剂的稳定性和成本的客观评价。旨在为新型2e-ORR催化剂的理性设计提供参考。 展开更多
关键词 电化学合成过氧化氢 氧还原反应 贵金属催化剂 选择性
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电化学氧还原反应合成H_(2)O_(2)碳基催化剂研究进展 被引量:3
15
作者 何峰 张静静 +2 位作者 陈奕君 张建 王得丽 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1963-1976,共14页
电化学氧还原反应(ORR)合成H_(2)O_(2)是一种低成本、无污染的绿色合成方法。但是,ORR动力学缓慢,存在四电子ORR生成H2O的竞争反应,因此需要使用催化剂提升ORR的反应活性以及二电子ORR的选择性。近年来,碳基材料因价格便宜、来源广泛、... 电化学氧还原反应(ORR)合成H_(2)O_(2)是一种低成本、无污染的绿色合成方法。但是,ORR动力学缓慢,存在四电子ORR生成H2O的竞争反应,因此需要使用催化剂提升ORR的反应活性以及二电子ORR的选择性。近年来,碳基材料因价格便宜、来源广泛、调控方法多样,被广泛应用于该领域。本文首先简要介绍了电催化ORR合成H_(2)O_(2)的机理,并根据机理分析了影响电化学合成H_(2)O_(2)催化性能的关键因素。接着阐述了提升碳基ORR催化剂活性与二电子选择性的策略,并着重介绍了非金属原子掺杂碳材料和过渡金属氮碳材料。最后,总结了碳基催化剂在电化学合成H_(2)O_(2)中存在的问题和面临的挑战,对碳基催化剂在电合成H_(2)O_(2)中应用的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 电化学合成 2电子氧还原反应 过氧化氢 掺杂碳材料 过渡金属氮碳催化剂
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电催化合成氨反应原位表征技术 被引量:3
16
作者 杨鹏 郭恒 +2 位作者 张凤英 周莹 牛晓滨 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第24期2921-2936,共16页
常温常压下电催化氮气-水合成氨反应主要受限于氮气吸附与活化、反应路径以及析氢竞争反应.为了解析合成氨催化反应中N–N键活化和N–H键形成的作用机理,用于开发具有更高活性与更好稳定性的催化剂以提高氮气还原反应的催化选择性和氨... 常温常压下电催化氮气-水合成氨反应主要受限于氮气吸附与活化、反应路径以及析氢竞争反应.为了解析合成氨催化反应中N–N键活化和N–H键形成的作用机理,用于开发具有更高活性与更好稳定性的催化剂以提高氮气还原反应的催化选择性和氨合成效率,研究与发展实时监测催化反应过程中催化剂的结构变化和反应物种动态演变过程的原位表征技术显得至关重要.本文简介了X射线衍射、光电子能谱、吸收谱、红外光谱、拉曼光谱等多种原位表征技术在合成氨催化剂和催化反应研究的具体应用,指出用于氮气-水体系原位表征技术发展亟待解决的关键问题,并探讨了原位技术联用及时空分辨率提升所面临的挑战. 展开更多
关键词 电催化合成氨 反应机理 催化剂 催化反应 原位表征技术
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单原子催化剂在电化学合成氨中的理论研究进展 被引量:2
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作者 曹蓉 夏杰桢 +3 位作者 廖漫华 赵路超 赵晨 吴琪 《应用化学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期9-23,共15页
传统Haber-Bosch工艺合成氨需要大量的能源消耗和复杂的工厂基础设备。在可再生能源的推动下,将氮气电化学还原为氨被认为是替代Haber-Bosch工艺最有效的方法,这在科学界引起了极大的关注。然而,这个过程受到氨产量和法拉第效率低的影响... 传统Haber-Bosch工艺合成氨需要大量的能源消耗和复杂的工厂基础设备。在可再生能源的推动下,将氮气电化学还原为氨被认为是替代Haber-Bosch工艺最有效的方法,这在科学界引起了极大的关注。然而,这个过程受到氨产量和法拉第效率低的影响,因此开发更有效的电催化剂对其实际应用至关重要。在之前报告的催化剂中,单原子催化剂(SACs)在高效利用原子和不饱和配位方面表现出显著优势,这为优化催化剂性能提供了巨大的空间。文章综述了单原子催化剂在电化学合成氨中的理论研究,详细分析了贵金属催化剂、非贵金属催化剂和非金属催化剂这3类单原子催化剂的性能表现,旨在为电化学合成氨技术的发展提供理论参考。 展开更多
关键词 单原子催化剂 电化学合成氨 反应机制 催化剂活性 催化剂载体
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电催化硝酸盐还原合成氨电势相关性的计算见解 被引量:1
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作者 井会娟 龙军 +2 位作者 李欢 傅笑言 肖建平 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第5期205-213,共9页
人类活动和工业生产导致全球氮循环严重失衡,对生命系统的健康造成了一定威胁.因此,开发高效、环保的NO_(x)脱除技术具有重要意义.其中,电化学硝酸盐还原反应(eNO_(3)RR)是反向人工氮循环的重要组成部分,同时也被认为是一种非集成式合成... 人类活动和工业生产导致全球氮循环严重失衡,对生命系统的健康造成了一定威胁.因此,开发高效、环保的NO_(x)脱除技术具有重要意义.其中,电化学硝酸盐还原反应(eNO_(3)RR)是反向人工氮循环的重要组成部分,同时也被认为是一种非集成式合成氨(NH_(3))的可行途径.NH_(3)是生产肥料的重要原料之一,传统哈伯法(H-B)合成氨能耗高,且会排放大量温室气体CO_(2),由可再生电力驱动的电催化氮气还原(eNRR)合成氨被认为是一条更环保和可持续的路线.目前,一些研究表明电催化硝酸盐还原具有比eNRR更高的产氨活性和选择性.然而,一个主要的挑战是在低过电位下产物的选择性,即亚硝酸盐(HNO_(2))和NH_(3)之间的竞争.本文选择了六个具有MN_(4)单元的石墨烯负载的过渡金属单原子催化剂(SACs)作为模型,通过密度泛函理论(DFT)计算研究eNO_(3)RR机理.采用本课题组开发的反应相图分析(RPD)方法从全局热力学最优的角度构建了六个MN_(4)催化剂的二维准活性和选择性相图,其中FeN_(4)催化剂展示出较高的准活性和适当的选择性.DFT计算结果表明,产生HNO_(2)和NH_(3)的最优路径共享一个关键中间体(NO_(2)*),其吸附结构和在后续转化中的偏好决定了产物选择性.结合电势相关性动力学势垒计算和微观动力学模拟结果,动力学研究表明,理论上两种产物不同电压下的法拉第效率(FE)趋势会发生反转,与FeN_(4)催化剂上实验测得的HNO_(2)和NH_(3)的FE趋势和反转电压吻合,这归因于两个重要的基元步骤(R4:NO_(2)*-→cisHNO_(2)*和R7:NO_(2)*→HNO_(2)+*)具有不同的电荷转移系数(β),前者(R4)具有更大的电荷转移系数,使得生成NH_(3)的动力学能垒随电压的降低而下降得更快,这就把NH_(3)从低过电势下的低选择性到高过电势下的高选择性归因到动力学问题,较好地理解了两种产物的FE发生发转的原因.最后,从电子结构方面对R4� 展开更多
关键词 电催化合成氨 密度泛函理论计算 反应相图分析 活性 选择性
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