文章导读
你是否想过，废气中的一氧化碳竟能变成高价值的正丙醇？中国科大高敏锐团队突破性发现，通过银修饰铜催化剂与脉冲电解技术，精准调控CO吸附构型，实现75.7%的多碳醇选择性，其中正丙醇高达48.8%，并稳定运行超116小时。这项发表于《美国化学会志》的研究，不仅破解了电催化转化中的关键难题，更开辟了一条绿电驱动、负碳排放的化工新路径，或将重塑传统高耗能合成工艺的未来。
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近日，中国科学技术大学高敏锐教授团队在绿电驱动一氧化碳电化学转化合成正丙醇领域取得重要进展。相关成果以“Selective CO Conversion to Multicarbon Alcohols via Balancing Adsorbate Configurations”为题发表在国际学术期刊《美国化学会志》上。
正丙醇作为一种重要的有机溶剂和化工原料，广泛应用于涂料、制药、印刷油墨和燃料添加剂等领域，全球市场规模巨大。然而，传统合成工艺依赖乙烯氢甲酰化，成本高昂且伴随大量二氧化碳排放。可再生电能驱动一氧化碳制正丙醇提供了一条绿色、负碳的新路径，然而目前转化效率较低。
该研究团队通过调控一氧化碳在催化剂表面的吸附构型，成功提升了正丙醇的选择性。研究人员采用银修饰的氧化物衍生铜催化剂，巧妙地引入脉冲电解技术，在一氧化碳电还原反应中实现了75.7%的多碳醇选择性，其中正丙醇选择性高达48.8%，并在连续流电解槽中稳定运行116小时。这一进展为高效、可持续合成高价值醇类提供了新思路。
调控CO吸附构型以高效合成正丙醇示意图
正丙醇的合成涉及复杂的C1-C1二聚与后续的C1-C2耦合步骤，其关键在于实现*CH2O与*OCCO中间体的协同吸附。该转化路径受CO在催化剂表面吸附构型的显著影响：顶位吸附与桥位吸附共存促进*OCCO形成，而桥位吸附则更利于*CH2O生成。因此，精准调控催化剂表面CO顶位吸附与桥位吸附的分布是平衡关键中间体数量，提升正丙醇选择性的重要途径。研究人员通过在氧化物衍生铜中引入银组分构建新型复合催化剂，采用脉冲电解模式，成功实现了对顶位吸附与桥位吸附共存构型的精准调控。机理研究表明，银的引入与脉冲电解之间存在协同效应，二者通过调节表面OH覆盖度来调控CO的吸附构型。此外，脉冲电解破坏了界面水分子氢键网络结构，使反应主导机制由Eley-Rideal路径转向Langmuir-Hinshelwood加氢路径。这一机制转变从本质上解释了在创制的复合型催化剂上高选择性生成多碳醇的实验现象。
论文共同第一作者为中国科大博士研究生孙书平，天津理工大学研究员张晓隆，安徽大学博士后杨雪鹏，中国科大博士研究生余鹏程、李烨成。相关研究受到国家自然科学基金委杰出青年科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c15536
（合肥微尺度物质科学国家研究中心、科研部）
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正丙醇应用这么广泛，能降低成本真是太好了
这个技术突破太牛了！👍