Electrocatalysis Boosts the Methanol Thermocatalytic Dehydrogenation for High-Purity H2 and CO Production

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作者
Yujie Wu,Gen Huang,Shiqian Du,Miaoyu Li,Qie Liu,Yangyang Zhou,Zuyao Jiang,Xiaorong Zhu,Yuqing Wang,Tehua Wang,Tao Li,Shuangyin Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (14): 9657-9664 被引量:37
标识
DOI:10.1021/jacs.3c13240
摘要

Hydrogen production from methanol represents an energy-sustainable way to produce ethanol, but it normally results in heavy CO2 emissions. The selective conversion of methanol into H2 and valuable chemical feedstocks offers a promising strategy; however, it is limited by the harsh operating conditions and low conversion efficiency. Herein, we realize efficient high-purity H2 and CO production from methanol by coupling the thermocatalytic methanol dehydrogenation with electrocatalytic hydrogen oxidation on a bifunctional Ru/C catalyst. Electrocatalysis enables the acceleration of C–H cleavage and reduces the partial pressure of hydrogen at the anode, which drives the chemical equilibrium and significantly enhances methanol dehydrogenation. Furthermore, a bilayer Ru/C + Pd/C electrode is designed to mitigate CO poisoning and facilitate hydrogen oxidation. As a result, a high yield of H2 (558.54 mmol h–1 g–1) with high purity (99.9%) was achieved by integrating an applied cell voltage of 0.4 V at 200 °C, superior to the conventional thermal and electrocatalytic processes, and CO is the main product at the anode. This work presents a new avenue for efficient H2 production together with valuable chemical synthesis from methanol.
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