Continuous flow pH ‐asymmetric paired electrosynthesis enabled by bipolar membrane electrolyzer

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作者
Chuang Qi,Jiahui He,Pan Hu,Zhenyang Dong,Kai Li,Lihao Liu,Yuhang Wang,Ruiyang Liang,Yongyong Cao,Xing Zhong,Jianguo Wang
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
卷期号:72 (5) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aic.70259
摘要

Abstract Paired electrosynthesis enables simultaneous electrocatalytic oxidation (ECO) and hydrogenation (ECH) of cinnamyl alcohol. However, the pH‐asymmetric configuration between alkaline ECO and acidic ECH limits integration. Herein, a bipolar‐membrane (BPM) electrolyzer was constructed using Ni‐loaded porous carbon nanobowls graphite felt (Ni/PCBs/GF) and Pd‐loaded PCBs (Pd/PCBs/GF) to perform ECO and ECH in their respective optimal environments. The hollow PCB structure improves mass transport and active‐site exposure, enhancing catalytic activity. The Ni/PCBs/GF achieved a cinnamaldehyde yield of 98.0%, while Pd/PCBs/GF attained 99.0% selectivity toward 3‐phenylpropanol. In situ spectroscopy and DFT indicated Ni heterointerface reconstruction that promotes (4‐acetamido‐2,2,6,6‐tetramethylpiperidin‐1‐oxyl) ACT adsorption and electron–hole mediation, and Pd electronic redistribution that activates Pd sites for CC hydrogenation. The scaled‐up BPM electrolyzer reached space–time yields of 12.79 and 7.02 kg·m −3 ·h −1 at the alkaline anode and acidic cathode, demonstrating effective co‐production under disparate conditions. This study advances paired electrosynthesis by harmonizing anodic–cathodic conditions, enabling energy‐efficient co‐production of value‐added chemicals.
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