Total Electrosynthesis of N, N‐Dimethylformamide From CO2 and NO3−

二甲胺 电合成 甲胺 二甲基甲酰胺 化学 催化作用 电化学 反应机理 溶剂 组合化学 有机化学 电极 物理化学
作者
Shuai Yan,Shuai Chen,Morgan McKee,Alexandre Terry,Ralf Weisbarth,Nikolay Kornienko
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:12 (2): e2414431-e2414431 被引量:5
标识
DOI:10.1002/advs.202414431
摘要

Abstract Electrochemical C−N coupling presents a promising strategy for converting abundant small molecules like CO 2 and NO 3 − to produce low‐carbon‐intensity chemicals in a potentially more sustainable route. A prominent challenge is the limited product scope, particularly for organonitrogen chemicals featuring a variety of functional groups, alongside the limited understanding of plausible reaction mechanisms leading up to these products. In light of this, the total electrosynthesis method is reported for producing N, N‐dimethylformamide (DMF), a widespread solvent and commodity chemical, from NO 3 − and CO 2 . This method enabled a notable production rate of 1.24 mmol h −1 g cat −1 for DMF employing a hybrid Ag/Cu catalyst. Additionally, an impressive Faradaic efficiency (FE) of 28.6% is attained for DMF through oxidative coupling of dimethylamine using Ag/Cu catalyst. Through a distinctive retrosynthetic experimental analysis, the DMF synthesis pathway is systematically deconstructed, tracing its origins from dimethylamine to methylamine, and ultimately to CO 2 and NO 3 − . The investigation revealed that the hydrogenation of coupled intermediates proves to be the limiting step, rather than the C−N coupling steps in the synthetic pathway. Finally, using a combination of in situ measurements and retrosynthetic analysis, the possible mechanism is elucidated underlying DMF synthesis and identified subsequent routes for system improvement.
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