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Electrooxidation of Ethylene Glycol to Glycolic Acid in a Neutral Electrolyte via Enhanced *OH Generation and Directional Spillover

化学 乙醇酸 乙二醇 电解质 离解(化学) 催化作用 选择性 电化学 聚乙二醇 化学工程 组合化学 乙烯 羧酸盐 三元运算 合金 布朗斯特德-洛瑞酸碱理论 PEG比率 电极 铱 可逆反应 无机化学 磷酸肽 杂质 聚对苯二甲酸乙二醇酯 溢出效应 激活剂(遗传学) 纳米技术 反应中间体 介孔二氧化硅 光化学 电催化剂
作者
Rui Shi,Yuxiang Wang,Jiu Chen,Fulai Liu,Tong Sun,Edmund C M Tse,Yong Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (9): 10216-10224 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.6c01709
摘要

Electrochemical upcycling of polyethylene terephthalate (PET)-derived ethylene glycol (EG) into glycolic acid (GA) presents a sustainable route toward circular plastic economy. While recent advances have improved EG oxidation reaction (EGOR) performance in alkaline media, the downstream separation of GA remains cumbersome and inevitably coproduces waste salts. Neutral media offer a promising alternative but are constrained by the difficulty in generating and utilizing *OH, a pivotal EGOR intermediate. Although Ir has been reported to promote H2O dissociation into active *OH species, a major challenge lies in ensuring that the generated *OH effectively participates in EGOR, rather than undergoing self-dehydrogenation (*OH → *O). To address this, we designed an atomically isolated Ir decorated Pd alloy with high-density Ir–Pd interfaces, which establishes an *OH transfer network that promotes *OH-mediated EGOR while suppressing *OH self-dehydrogenation. In situ spectroscopic characterizations reveal that Ir1Pd-SAA facilitates the efficient dissociation of H2O into *OH at Ir single-atom sites, followed by *OH spillover to adjacent Pd sites within an atomic scale, thus triggering EGOR. Ir1Pd-SAA delivers a peak current of 56.2 mA cm–2 at 0.89 V vs RHE, outperforming pure Pd (10.7 mA cm–2 at 0.95 V vs RHE) and IrNPPd (7.3 mA cm–2 0.92 V vs RHE), along with high GA selectivity (80.1%), FE (76.3%), and stability over 330 h. Theoretical calculations confirm the Ir–Pd synergistic effect, where Ir promotes *OH generation and optimizes the electronic structure of Pd to initiate EGOR. This work provides fundamental insights for rational catalyst design for alcohol-to-organic acid conversion in neutral media.
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