Directly Oxidizing Ethanol to Glycolic Acid over a Single-Rh-Site Catalyst via Water-Mediated Oxygen Shuttle

化学 乙醇酸 氧化剂 催化作用 氧气 激进的 水溶液 离解(化学) 光化学 有机化学 遗传学 生物 细菌 乳酸
作者
Bin Li,Jiali Mu,Guifa Long,Xiangen Song,Yang Zhao,Ende Huang,Siyue Liu,Yao Wei,Fanfei Sun,Siquan Feng,Qiao Yuan,Xingju Li,Yutong Cai,Yue Zhang,Wenrui Dong,Weiqing Zhang,Xueming Yang,Dehui Deng,Yan Li,Yunjie Ding
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (32): 29052-29064 被引量:4
标识
DOI:10.1021/jacs.5c07150
摘要

Direct oxidation of ethanol to glycolic acid in aqueous solutions under mild conditions offers opportunities for sustainable chemistry. Herein, we report a water-mediated oxygen-shuttle mechanism on S/N/I atoms synergistically coordinated single-Rh-site catalysts (Rh 1 /AC-SNI 400 ) to enable the direct production of glycolic acid from ethanol oxidation with 93% selectivity in liquid products and a TOF of 250 h –1 at 160 °C. Comprehensive characterizations including isotope labeling experiments and theoretical calculations reveal that hydroxyl radicals (•OH), generated via O 2 /I-triggered H 2 O dissociation, insert into C–I bonds to form hydroxyl groups and meanwhile, replace the original OH in ethanol to form C═O, ensuring that all oxygen atoms of glycolic acid directly originate from H 2 O. O 2 enters the system through the decomposition and regeneration of HIO intermediates, completing the oxygen-shuttle cycle driven by sustainable regeneration of water. Furthermore, the optimized S/N/I atoms’ synergistical coordination enhances electron delocalization around single-Rh sites, substantially reducing the activation barriers of critical reaction steps and outperforming Rh nanoparticles by 16-fold in activity.
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