Sustainable Electrosynthesis of N,N-Dimethylformamide via Relay Catalysis on Synergistic Active Sites

化学 电合成 催化作用 选择性 二甲基甲酰胺 环境友好型 组合化学 纳米技术 有机化学 电化学 物理化学 电极 溶剂 生态学 生物 材料科学
作者
Weihang Li,Haoyang Jiang,Xiang Zhang,Bo Lei,Le Li,Haoshen Zhou,Miao Zhong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (31): 21968-21976 被引量:27
标识
DOI:10.1021/jacs.4c07142
摘要

Electrified synthesis of high-value organonitrogen chemicals from low-cost carbon- and nitrogen-based feedstocks offers an economically and environmentally appealing alternative to traditional thermocatalytic methods. However, the intricate electrochemical reactions at electrode surfaces pose significant challenges in controlling selectivity and activity, especially for producing complex substances such as N,N-dimethylformamide (DMF). Herein, we tackle this challenge by developing relay catalysis for efficient DMF production using a composite WO2-NiOOH/Ni catalyst with two distinctive active sites. Specifically, WO2 selectively promotes dimethylamine (DMA) electrooxidation to produce strongly surface-bound (CH3)2N*, while nearby NiOOH facilitates methanol electrooxidation to yield more weakly bound *CHO. The disparity in binding energetics of the key C- and N-intermediates expedites C-N coupling at the WO2-NiOOH interface. In situ infrared spectroscopy with isotope-labeling experiments, quasi-in situ electron paramagnetic resonance trapping experiments, and electrochemical operating experiments revealed the C-N coupling mechanism and enhanced DMF-synthesis selectivity and activity. In situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) and postreaction transmission electron microscopy (TEM) studies verified the stability of WO2-NiOOH/Ni during extended electrochemical operation. A Faradaic efficiency of ∼50% and a production rate of 438 μmol cm-2 h-1 were achieved at an industrially relevant current density of 100 mA cm-2 over an 80 h DMF production period. This study introduces a new paradigm for developing electrothermo relay catalysis for the sustainable and efficient synthesis of valuable organic chemicals with industrial potential.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
GIINJIU发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
xieyue发布了新的文献求助10
1秒前
千峰发布了新的文献求助10
2秒前
像鱼完成签到,获得积分10
2秒前
流流124141完成签到,获得积分10
3秒前
666发布了新的文献求助10
3秒前
HM完成签到,获得积分10
4秒前
渝爱MM完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
lalkiii完成签到,获得积分10
5秒前
555完成签到,获得积分10
6秒前
jagger完成签到,获得积分10
6秒前
天天快乐应助李蕊采纳,获得10
7秒前
molihuakai应助aweijay采纳,获得10
7秒前
7秒前
9秒前
9秒前
12135完成签到 ,获得积分10
11秒前
zhang7jing完成签到,获得积分10
12秒前
chen完成签到,获得积分10
13秒前
雨打春柳完成签到 ,获得积分10
13秒前
英姑应助Zebrafish采纳,获得10
14秒前
14秒前
15秒前
17秒前
17秒前
3152发布了新的文献求助10
17秒前
南枝完成签到,获得积分10
17秒前
Owen应助老鱼吹浪采纳,获得10
17秒前
QWER发布了新的文献求助10
19秒前
20秒前
栗子完成签到,获得积分10
20秒前
烟花应助chuanchuanwu采纳,获得10
20秒前
nikipo发布了新的文献求助10
21秒前
lizishu应助zz桓桓采纳,获得10
22秒前
23秒前
科研通AI6.2应助蒙哥卡恩采纳,获得10
23秒前
23秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Introduction to Helicopter and Tiltrotor Flight Simulation, Second Edition 2500
卤化钙钛矿人工突触的研究 2000
History of U.S. Space Surveillance and Satellite Cataloging 1000
Malcolm Fraser : a biography 700
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Materials selection in mechanical design 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6504273
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8298775
关于积分的说明 17714224
捐赠科研通 5603437
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2919843
邀请新用户注册赠送积分活动 1897149
关于科研通互助平台的介绍 1758911