Nitrate Radical Facilitates Indirect Benzyl Alcohol Oxidation on Bismuth(III) Vanadate Photoelectrodes

化学 苯甲醛 无机化学 催化作用 乙腈 苯甲醇 钨酸盐 药物化学 光化学 有机化学
作者
Bradley D. Terry,John L. DiMeglio,John P. Cousineau,Bart M. Bartlett
出处
期刊:ChemElectroChem [Wiley]
卷期号:7 (18): 3776-3782 被引量:18
标识
DOI:10.1002/celc.202000911
摘要

Abstract Bismuth(III) vanadate (BiVO 4 ) films show activity for direct benzyl alcohol (PhCH 2 OH) oxidation to benzaldehyde (PhCHO) in acetonitrile solvent. Introducing tetrabutylammonium nitrate (Bu 4 NNO 3 ) drastically reduces the overpotential required to generate the PhCHO product while maintaining a high faradaic efficiency (FE) >90 %. BiVO 4 corrosion accompanies PhCH 2 OH oxidation. However, the presence of nitrate ions (NO 3 − ) results in significantly less bismuth‐ and vanadium‐ion leaching (determined by ICP‐MS analysis), as well as reduced surface roughening (determined by SEM imaging). In this reaction, it is proposed that rate‐determining NO 3 − oxidation generates a highly reactive nitrate radical (NO 3 ⋅) that reacts with PhCH 2 OH by hydrogen‐atom abstraction (HAT). NO 3 − is stoichiometrically consumed by the irreversible formation of electrochemically inert HNO 3 , characterized by an EC i mechanism, rather than a catalytic EC′ mechanism. In the presence of PhCH 2 OH, NO 3 − oxidation on BiVO 4 becomes more facile; every order of magnitude increase in PhCH 2 OH concentration shifts the NO 3 − / NO 3 ⋅ equilibrium potential negatively by 200 mV. The shift results from the introduction of a consumption pathway for the nitrate radical intermediate via a coupled chemical step with benzyl alcohol. This report is the first example of photoelectrochemical NO 3 ⋅ generation to initiate indirect PhCH 2 OH oxidation.
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