Highly Selective Electrocatalytic Oxidation of Amines to Nitriles Assisted by Water Oxidation on Metal-Doped α-Ni(OH)2

化学 催化作用 无机化学 氨氧化 过氧化氢 吸附 催化氧化 析氧 电化学 有机化学 电极 共聚物 物理化学 聚合物 丙烯腈
作者
Yuxia Sun,Hyeyoung Shin,Fangyuan Wang,Bailin Tian,Chen-Wei Chiang,Shengtang Liu,Xiaoshan Li,Yiqi Wang,Lingyu Tang,William A. Goddard,Mengning Ding
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (33): 15185-15192 被引量:45
标识
DOI:10.1021/jacs.2c05403
摘要

Selective oxidation to synthesize nitriles is critical for feedstock manufacturing in the chemical industry. Current strategies typically involve substitutions of alkyl halides with toxic cyanides or the use of strong oxidation reagents (oxygen or peroxide) under ammoxidation/oxidation conditions, setting considerable challenges in energy efficiency, sustainability, and production safety. Herein, we demonstrate a facile, green, and safe electrocatalytic route for selective oxidation of amines to nitriles under ambient conditions, assisted by the anodic water oxidation on metal-doped α-Ni(OH)2 (a typical oxygen evolution reaction catalyst). By controlling the balance between co-adsorption of the amine molecule and hydroxyls on the catalyst surface, we demonstrate that Mn doping significantly promotes the subsequent chemical oxidation of amines, resulting in Faradaic efficiencies of 96% for nitriles under ≥99% conversion. This anodic oxidation is further coupled with cathodic hydrogen evolution for overall atomic economy and additional green energy production.
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