Structural principles to steer the selectivity of the electrocatalytic reduction of aliphatic ketones on platinum

铂金 丙酮 化学 密度泛函理论 电化学 选择性 电极 无机化学 物理化学 有机化学 催化作用 计算化学
作者
Christoph J. Bondue,Federico Calle‐Vallejo,Marta C. Figueiredo,Marc T. M. Koper
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:2 (3): 243-250 被引量:120
标识
DOI:10.1038/s41929-019-0229-3
摘要

Due to a general feedstock shift, the chemical industry is charged with the task of finding ways to transform renewable ketones into value-added products. A viable route to do so is the electrochemical hydrogenation of the carbonyl functional group. Here we report a study on acetone reduction at platinum single-crystal electrodes using online electrochemical mass spectroscopy, in situ Fourier transform infrared spectroscopy and density functional theory calculations. Acetone reduction at platinum displays a remarkable structural sensitivity: not only the activity, but also the product distribution depends on the surface crystallographic orientation. At Pt(111) neither adsorption nor hydrogenation occur. A decomposition reaction that deactivates the electrode happens at Pt(100). Acetone reduction proceeds at the (110) steps: Pt[(n – 1)(111) × (110)] electrodes produce 2-propanol and Pt[(n + 1)(100) × (110)] electrodes produce propane. Using density functional theory calculations, we built a selectivity map to explain the intricacies of the acetone reduction on platinum. Finally, we extend our conclusions to the reduction of higher aliphatic ketones. The electrocatalytic reduction of carbonyl groups is gaining attention in the context of biorefinery. However, fundamental knowledge on such processes is still limited. Now, the selectivity for the electroreduction of acetone on platinum single crystals is studied, revealing a remarkable structural sensitivity.
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