Efficient Self-Driven Adipic Acid Production with Bioelectricity Generation

化学 生产(经济) 原材料 制浆造纸工业 产量(工程) 废物管理 过程(计算) 发酵 己二酸 食品科学 生化工程
作者
Yifan Bu,Chao Li,Ziliang Deng,Shiyun Li,Zipeng Zhao,Jisheng Xie,Jihan Zhou,Hai Xiao,Ximin Lv,Xueqiang Zhang,Wulin Yang,Mufan Li
出处
期刊:JACS Au [American Chemical Society]
卷期号:6 (4): 2559-2568
标识
DOI:10.1021/jacsau.6c00186
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Electrocatalysis offers a sustainable route for producing value-added chemicals, yet its widespread adoption is limited by low turnover frequency (TOF) and electron efficiency (EE). Here, we unveil a promotion effect in molecular phthalocyanine catalysts, enabling synergistic oxygen reduction reaction (ORR) and cyclohexanone oxidation (CyO). This mechanism bypasses the kinetic limitations of ORR steps and the overpotential penalties of CyO, achieving a record TOF of 1711 h –1 with superior EE (∼100% at 0.5 V RHE ) for adipic acid production. Near-ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy reveals that this remarkable activity arises from interactions between *OOH intermediates at metal centers and substrates on neighboring nitrogen atoms. Integrating this design into microbial fuel cell reactors enables self-driven adipic acid synthesis alongside spontaneous bioelectricity generation, i.e., the system operates without any external power input. Life cycle assessment shows a 43% reduction in CO 2 emissions, surpassing conventional adipic acid production methods. This self-driven strategy establishes a new paradigm for coupling energy generation with chemical synthesis, offering highly efficient and environmentally sustainable models for industrial processes.
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