Multiple Secondary Bond-Mediated C–N Coupling over N-Doped Carbon Electrocatalysts

化学 联轴节(管道) 兴奋剂 碳纤维 纳米技术 凝聚态物理 复合数 复合材料 物理 材料科学
作者
Xiaoying Lü,Ze‐Cheng Yao,Xinbo Ma,Zhuo‐Qi Shi,Liang Ding,Jiaju Fu,Zhen‐Hua Lyu,Zhe Jiang,Shuqi Wang,Ji Yang,Xiaoxia Chang,Bingjun Xu,Jin‐Song Hu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.5c05466
摘要

Electrocatalytic C-N reductive coupling offers a sustainable and eco-friendly approach to producing value-added oximes. The challenge lies in the overstrong chemisorption of N-containing intermediates and carbonyl compounds on metal-based catalysts, which causes low Faradaic efficiency and yield rates, as well as undesired byproducts. Here, we propose a multiple secondary bond-mediated strategy for C-N coupling toward benzaldoxime on a nitrogen-doped graphene-like carbon catalyst (NC). Integrating theoretical and experimental analyses, we demonstrate that the graphitic-N-C sites in NC promote nitrite reduction into hydroxylamine via weak electrostatic interaction. Moreover, the hydrogen bonds and π-π stacking interactions among NC, hydroxylamine, and benzaldehyde synergistically enrich the key intermediates on the catalyst surface and inhibit the side reactions, leading to a highly selective C-N coupling process. Remarkably, the NC catalyst achieves a high Faradaic efficiency of 73 ± 1% and a yield rate of 6.8 ± 0.1 mol h-1 m-2 for benzaldoxime electrosynthesis at an economically viable current density of 0.1 A cm-2, as revealed by technoeconomic analysis. Our results demonstrate an appealing route for high-performance C-N coupling with enhanced economic feasibility.
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