Unraveling the Reaction Mechanism of Ethylene Glycol Electrooxidation on Palladium–Bismuth Catalysts

化学 催化作用 乙二醇 选择性 甲酸 电化学 X射线光电子能谱 吸附 键裂 反应机理 无机化学 光化学 氧化还原 反应中间体 铋 电子转移 乙烯 循环伏安法 乙醇酸 基质(水族馆) 电催化剂 组合化学 拉曼光谱 多相催化 镍 过渡金属 协同催化 化学工程
作者
Mohammad Albloushi,Michael Galvin,Xiaopeng Liu,Nhan Huu Huy Tran,Tyler A. Bailey,Gunnar Dunahoo,Yue Wu,Luke T. Roling,Zhu Chen,Wenzhen Li
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (20): 20129-20143 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acscatal.6c04621
摘要

Abstract In alkaline electrolytes, electrochemical oxidation of ethylene glycol (EG) offers a renewable route to both energy generation and plastic-waste valorization. Palladium–bismuth (PdBi) was electrodeposited on two supports, nickel foam (NF) and carbon cloth (CC), for the study of EG oxidation mechanisms. Bismuth acts as a promoter rather than an active catalyst: it raises the activity of Pd and shifts the oxidation selectivity towards target products. Substrate choice mattered as well: PdBi@NF benefited from the underlying nickel's intrinsic activity but suffered from the oxygen-evolution side reaction tied to NiOOH formation, while PdBi@CC kept a cleaner surface and gave stable, reproducible selectivity. XRD and SEM characterizations confirmed alloy formation and a uniform, snowflake-like morphology, and XPS showed electron transfer from Bi to Pd, consistent with Bi's promotional role. In situ Raman spectroscopy showed substantially more Pd-OHads on PdBi@CC than on pure Pd@CC, pointing to a synergistic electronic effect. DFT calculations further support this finding: Bi lowers the Pd d-band center, destabilizes adsorbed intermediates, and favors surface hydroxyl formation relative to unmodified Pd. Selectivity depended strongly on potential. Below 1 V vs RHE, glycolic acid (GA) formed exclusively; above that, formic acid (FA) increasingly took over, a shift rationalized computationally through C─C bond cleavage energetics. Additional oxidation experiments on the individual EG-derived intermediates / products mapped out the full reaction network. Together these results show how Bi reshapes the EG oxidation pathway to limit overoxidation, pointing to rational design strategies for electrocatalysts relevant to both fuel cells and chemical upcycling.
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