Promoted hydrogen and acetaldehyde production from alcohol dehydrogenation enabled by electrochemical hydrogen pumps

脱氢 乙醛 催化作用 双功能 化学 电化学 制氢 电催化剂 氢化酶 无机化学 乙醇 有机化学 电极 物理化学
作者
Yujie Wu,Xiaorong Zhu,Shiqian Du,Gen Huang,Bo Zhou,Yuxuan Lu,Yafei Li,San Ping Jiang,Tao Li,Shuangyin Wang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (27): e2300625120-e2300625120 被引量:35
标识
DOI:10.1073/pnas.2300625120
摘要

The dehydrogenation reaction of bioderived ethanol is of particular interest for the synthesis of fuels and value-added chemicals. However, this reaction historically suffered from high energy consumption (>260 °C or >0.8 V) and low efficiency. Herein, the efficient conversion of alcohol to hydrogen and aldehyde is achieved by integrating the thermal dehydrogenation reaction with electrochemical hydrogen transfer at low temperature (120 °C) and low voltage (0.06 V), utilizing a bifunctional catalyst (Ru/C) with both thermal-catalytic and electrocatalytic activities. Specifically, the coupled electrochemical hydrogen separation procedure can serve as electrochemical hydrogen pumps, which effectively promote the equilibrium of ethanol dehydrogenation toward hydrogen and acetaldehyde production and simultaneously purifies hydrogen at the cathode. By utilizing this strategy, we achieved boosted hydrogen and acetaldehyde yields of 1,020 mmol g-1 h-1 and 1,185 mmol g-1 h-1, respectively, which are threefold higher than the exclusive ethanol thermal dehydrogenation. This work opens up a prospective route for the high-efficiency production of hydrogen and acetaldehyde via coupled thermal-electrocatalysis.
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