Trivalent Nickel-Catalyzing Electroconversion of Alcohols to Carboxylic Acids

化学 亲核细胞 氧化剂 羧酸 选择性 有机化学 无机化学 光化学 催化作用
作者
Yuandong Yan,Jiaying Zhong,Ruyi Wang,Shicheng Yan,Zhigang Zou
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (7): 4814-4821 被引量:68
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13155
摘要

The comprehension of activity and selectivity origins of the electrooxidation of organics is a crucial knot for the development of a highly efficient energy conversion system that can produce value-added chemicals on both the anode and cathode. Here, we find that the potential-retaining trivalent nickel in NiOOH (Fermi level, -7.4 eV) is capable of selectively oxidizing various primary alcohols to carboxylic acids through a nucleophilic attack and nonredox electron transfer process. This nonredox trivalent nickel is highly efficient in oxidizing primary alcohols (methanol, ethanol, propanol, butanol, and benzyl alcohol) that are equipped with the appropriate highest occupied molecular orbital (HOMO) levels (-7.1 to -6.5 eV vs vacuum level) and the negative dual local softness values (Δsk, -0.50 to -0.19) of nucleophilic atoms in nucleophilic hydroxyl functional groups. However, the carboxylic acid products exhibit a deeper HOMO level (<-7.4 eV) or a positive Δsk, suggesting that they are highly stable and weakly nucleophilic on NiOOH. The combination (HOMO, Δsk) is useful in explaining the activity and selectivity origins of electrochemically oxidizing alcohols to carboxylic acid. Our findings are valuable in creating efficient energy conversions to generate value-added chemicals on dual electrodes.
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