基于底物触发的表面活化机制实现甲酸钾的高效电合成

《Advanced Functional Materials》：Substrate-Triggered Surface Activation for Efficient Electrosynthesis of Potassium Formate

通过CuNiO_x纳米线催化剂实现甲醛氧化反应（FOR）与甲酸钾（HCOOK）高效合成，并耦合阴极硝酸盐还原生成NH4Cl，在低电压下实现污染治理与化学品生产同步，揭示Substrate-Triggered Surface Activation机制。

　　

摘要

电催化甲醛（HCHO）氧化反应（FOR）提供了一种绿色、节能的方法，可以在温和条件下同时解决HCHO污染问题并生产甲酸钾（HCOOK）。然而，目前的催化剂设计通常优先选择基于Cu⁰的材料，但这些材料稳定性有限且容易失活。本文发现了一种新的“基底触发表面活化”机制：在电解之前，HCHO会自发地将表面的Cu²⁺还原为具有催化活性的Cu⁰位点。基于这一发现，研究人员设计了一种异质结构的CuNiO_x纳米线催化剂。其中，NiO组分不仅促进了Cu⁰的原位形成，还在运行过程中稳定了这些活性位点。该催化剂在0.08 V（相对于RHE）时实现了400 mA cm^?2的高电流密度，并在0.40 V（相对于RHE）时生成了8.81 mmol cm^?2 h^?1的HCOOK。经过10次连续循环（约5小时），该系统通过自发中和反应产生了3.75克的固体HCOOK，从而无需进行能耗较高的分离过程。此外，还开发了一种双功能电合成系统，将阳极的甲醛氧化反应与阴极的硝酸盐还原反应相结合，能够在超低电池电压下同时生产高价值的HCOOK和NH₄Cl。这项工作为催化剂活化提供了新的见解，并为可持续的化学制造和环境修复提供了有前景的策略。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。