Energy‐Efficient Co‐production of Benzoquinone and H2 Using Waste Phenol in a Hybrid Alkali/Acid Flow Cell

苯酚 催化作用 化学 苯醌 过电位 电化学 电催化剂 无机化学 化学工程 有机化学 电极 工程类 物理化学
作者
Chengchao He,Duo Pan,Kai Chen,Junxiang Chen,Qinlong Zhang,Hao Zhang,Zhifang Zhang,Zhenhai Wen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (31): e202407079-e202407079 被引量:17
标识
DOI:10.1002/anie.202407079
摘要

Abstract In both the manufacturing and chemical industries, benzoquinone is a crucial chemical product. A perfect and economical method for making benzoquinone is the electrochemical oxidation of phenol, thanks to the traditional thermal catalytic oxidation of phenol process requires high cost, serious pollution and harsh reaction conditions. Here, a unique heterostructure electrocatalyst on nickel foam (NF) consisting of nickel sulfide and nickel oxide (Ni 9 S 8 ‐Ni 15 O 16 /NF) was produced, and this catalyst exhibited a low overpotential (1.35 V vs. RHE) and prominent selectivity (99 %) for electrochemical phenol oxidation reaction (EOP). Ni 9 S 8 ‐Ni 15 O 16 /NF is beneficial for lowering the reaction energy barrier and boosting reactivity in the EOP process according to density functional theory (DFT) calculations. Additionally, an alkali/acid hybrid flow cell was successfully established by connecting Ni 9 S 8 ‐Ni 15 O 16 /NF and commercial RuIr/Ti in series to catalyze phenol oxidation in an alkaline medium and hydrogen evolution in an acid medium, respectively. A cell voltage of only 0.60 V was applied to produce a current density of 10 mA cm −2 . Meanwhile, the system continued to operate at 0.90 V for 12 days, showing remarkable long‐term stability. The unique configuration of the acid‐base hybrid flow cell electrolyzer provides valuable guidance for the efficient and environmentally friendly electrooxidation of phenol to benzoquinone.
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