Cascade Electrocatalytic and Thermocatalytic Reduction of CO2 to Propionaldehyde

丙醛 化学 氢甲酰化 选择性 电催化剂 催化作用 电化学 无机化学 有机化学 电极 物理化学
作者
Jie Zhang,Xingsi Kang,Yuchen Yan,Xue Ding,Lin He,Yanguang Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (12): e202315777-e202315777 被引量:30
标识
DOI:10.1002/anie.202315777
摘要

Electrochemical CO2 reduction can convert CO2 to value-added chemicals, but its selectivity toward C3+ products are very limited. One possible solution is to run the reactions in hybrid processes by coupling electrocatalysis with other catalytic routes. In this contribution, we report the cascade electrocatalytic and thermocatalytic reduction of CO2 to propionaldehyde. Using Cu(OH)2 nanowires as the precatalyst, CO2 /H2 O is reduced to concentrated C2 H4 , CO, and H2 gases in a zero-gap membrane electrode assembly (MEA) reactor. The thermochemical hydroformylation reaction is separately investigated with a series of rhodium-phosphine complexes. The best candidate is identified to be the one with the 1,4-bis(diphenylphosphino)butane diphosphine ligand, which exhibits a propionaldehyde turnover number of 1148 under a mild temperature and close-to-atmospheric pressure. By coupling and optimizing the upstream CO2 electroreduction and downstream hydroformylation reaction, we achieve a propionaldehyde selectivity of ~38 % and a total C3 oxygenate selectivity of 44 % based on reduced CO2 . These values represent a more than seven times improvement over the best prior electrochemical system alone or over two times improvement over other hybrid systems.
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