A Bipolar Integrated Electro‐Chemocatalysis System for Continuous‐Flow Paired Synthesis of Cyclohexanone Oxime at Industrial‐Relevant Current Density

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作者
Shao Zhang,Wenlie Lin,Jing Xia,Mengyao Gong,Haoran Du,Shuangjun Li,Yingchun He,Qi‐Long Zhu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (31): e73184-e73184 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adma.73184
摘要

ABSTRACT ε‐Caprolactam production critically depends on cyclohexanone oxime (CHO), yet its sustainable synthesis remains constrained by the handling and utilization of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Here, we developed a bipolar integrated electro‐chemocatalysis system (BIECS) that enables continuous‐flow paired CHO synthesis under ambient conditions with unprecedented efficiency. Using oxygen‐vacancy‐enriched bismuth oxide nanofibers as a bifunctional electrocatalyst, the system simultaneously drives the two‐electron oxygen reduction and water oxidation reactions at the cathode and anode, respectively, achieving remarkable cell Faradaic efficiencies up to 165% for H 2 O 2 production, which then on‐site reacts with cyclohexanone and NH 3 over titanium silicon‐1 with near‐unity selectivity. Consequently, the BIECS delivers remarkable apparent electron efficiency of 120%–160% for cascade CHO production and achieves an exceptional productivity of up to 5.04 mmol h −1 cm −2 at industrial‐relevant current density with excellent stability over 150 h for continuous‐flow electrolysis. Combined experimental and theoretical studies reveal that the oxygen vacancies of the catalyst modulate the adsorption energetics and configuration of the key OOH * intermediate, thereby promoting highly selective two‐electron pathways at both electrodes and enhancing the cascade ammoximation kinetics. This work establishes a scalable strategy that integrates paired electrocatalytic H 2 O 2 synthesis with chemocatalytic ammoximation, providing a highly efficient platform for sustainable CHO production.
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