【仪表网 研发快讯】环氧丙烷(PO)是一种重要的基础化工原料，其传统生产方法面临环境和成本的双重挑战，通过电化学方法实现丙烯环氧化反应(PER)合成环氧丙烷因此受到广泛关注。常规的氯介导丙烯电化学环氧化策略具有反应速度快、转化效率相对较高的优势，但仍面临着阴极产生的OH-扩散至阳极会导致介导活性物种损失和竞争副反应加剧等问题。因此需要通过离子交换膜分隔，采用先生成氯醇中间产物，再进行阴阳极液混合形成环氧丙烷的分步过程实现，制约了转化效率的进一步提高。
针对上述问题，中国科学院上海高等研究院(以下简称“上海高研院”)魏伟、陈为研究员团队设计了自支撑RuO2/Ti中空纤维透散电极，结合空间耦合策略促进氯醇和OH-进一步直接转化，实现安培级电流密度下一步法高效生成环氧丙烷。研究成果以“Spatial-coupled Ampere-level Electrochemical Propylene Epoxidation over RuO2/Ti Hollow-fiber Penetration Electrodes”为题在线发表于化学领域重要期刊Angewandte Chemie International Edition。
研究团队原创的自支撑中空纤维透散电极，具有独特的透散效应显著地提高了三相界面反应，极大地增强了丙烯环氧化反应动力学。在促进氯醇和OH-进一步直接转化为环氧丙烷的同时，显著的抑制了OH-扩散的不利影响。通过RuO2/Ti中空纤维空间耦合策略，实现了安培级电流密度下无膜单池内一步法高效制取环氧丙烷，达到了超过80%的环氧丙烷法拉第效率和859 mA cm−2的环氧丙烷分电流密度。同时，通过原位拉曼实现了对反应过程的原位监测和液相产物的在线定量，并进一步结合实验及理论计算提出了RuO2表面形成的吸附氯物种(*Cl)对丙烯双键亲电进攻实现环氧化反应的新机制。
该工作为丙烯电化学环氧化高效制取环氧丙烷研究及应用提供了新思路。论文第一作者为上海高研院王将将硕士、董笑博士(共同一作)和冯光辉博士(共同一作)。上述研究得到了中国科学院先导专项、科技部催化科学重点专项、上海市科技委员会碳中和项目以及内蒙科技厅重大项目等经费支持。(图/文 王将将、董笑、陈为)
图1. 基于RuO2/Ti中空纤维空间耦合策略实现安培级丙烯电化学环氧化
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