Breaking the 50% EfficiencyCeiling: A Tandem ElectrochemicalCycle for Efficient Singlet Oxygen Electrosynthesis

化学 电合成 电化学 单线态氧 歧化 阳极 光化学 阴极 串联 组合化学 铂金 无机化学 法拉第效率 选择性 半合成 分子 氧化还原 电化学电池 化学工程 催化作用 反应机理 析氧
作者
Long Zhao,Bing Zhou,Jie Dai,Chenyi Zhang,Rui Chang,Xingyue Zou,Jiaxian Wang,Kaiyuan Wang,Ruizhao Wang,Minzi Liao,Rui Zhao,Yan Zhang,Juntao Ye,Yancai Yao,Lizhi Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c05962
摘要

Abstract Singlet oxygen (1O2) electrosynthesis from dioxygen (O2) offers a sustainable route to value-added oxygenation reactions in pharmaceutical manufacturing. Conventional electrochemical generation, however, relies on the one-electron reduction of O2 to superoxide (O2•–) followed by disproportionation of two O2•– producing only one molecule of 1O2, which limited to a maximum electron-to-1O2 efficiency at 50%. Here, we overcome this constraint using an electrochemical tandem strategy implemented in a compact flow-through reactor, wherein O2•– is selectively generated at a modified porous titanium foam cathode and rapidly transported to a titanium-supported platinum single-atom anode for oxidation to 1O2. This design suppresses unproductive pathways, enabling an electron-to-1O2 efficiency exceeding 93%. The system achieves a high 1O2 production rate of 510 μmol L–1 min–1, facilitating phosphine oxygenation with 96.2% selectivity and the electrochemical semisynthesis of artemisinin in 44.5% yield. This work establishes a general platform for efficient, continuous 1O2 electrosynthesis, opening avenues for sustainable oxidative manufacturing.
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