综述:阳离子对 Pt 上醇类和多元醇电氧化的影响:活性、选择性及机理洞察

【字体: 时间:2025年05月09日 来源:Current Opinion in Electrochemistry 7.9

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  本文聚焦阳离子在醇类和多元醇电氧化(EOAP)中的作用。研究发现,大阳离子(如 K+)可加快反应速率、促进 C-C 键断裂,小阳离子(如 Li+)则推动 COad氧化和惰性 Pt 氧化物形成,为优化电催化过程提供关键依据。

  

引言


电化学过程是实现低碳排放的有效途径,契合绿色化学与循环经济理念。醇类和多元醇电氧化(EOAP)在此背景下备受关注,其在储氢及化工原料领域有潜在应用价值。

EOAP 的反应结果受多种因素影响,其中电解液中阳离子的性质至关重要。过去,人们常忽视阳离子在电催化反应中的作用,如今其对反应活性和选择性的影响已被广泛认知。阳离子可通过改变界面结构、电荷分布,或与反应物、吸附层、反应中间体及副产物相互作用来发挥影响。

Pt 表面兼具高催化活性与化学稳定性,是研究 EOAP 的理想模型催化剂。碱性介质因能提升反应动力学、减少 Pt 失活,在 EOAP 研究中颇具优势。本文将围绕电解液阳离子对多晶 Pt(Ptpoly)电极上 EOAP 的作用展开综述,探讨相关研究进展与未解难题。

阳离子对活性的影响


吸附态羟基(OHad)是 EOAP 的关键物种。以甲醇氧化反应(MOR)为例,缺少 OHad时反应无法进行。OHad不仅能氧化强吸附中间体、催化毒物 —— 吸附态一氧化碳(COad),还参与反应机理的起始步骤,即断裂醇的 O-H 键,生成吸附态醇盐和水。

阳离子对选择性的影响


目前,关于阳离子对 EOAP 选择性影响的研究较少。Melle 等人利用高效液相色谱(HPLC)分析了在 LiOH 和 KOH 介质中,Ptpoly上甘油氧化反应(GOR)的产物,发现甘油酸和乳酸是主要产物。这表明阳离子虽影响反应活性,但对产物选择性的影响可能并不显著,意味着所有反应路径受阳离子的影响程度相近。

阳离子对振荡区域的影响


Pt 上的 EOAP 这类复杂反应的非线性动力学,在远离热力学平衡时,会引发电位或电流的振荡及其他动态不稳定性。在这种条件下进行测量,可获得与传统计时电流法和循环伏安法(CV)相似的结论。而且,振荡对界面条件极为敏感,能揭示循环伏安法难以观测到的效应。

结论与展望


改变电解液中的阳离子,会对反应活性、选择性及非线性反应动力学产生影响。综合各项研究,普遍规律是:较大的阳离子(如 K+)通常能提高反应速率,促进 C-C 键断裂;较小的阳离子(如 Li+)则有利于 COad的氧化和惰性 Pt 氧化物的形成。

研究还发现一些共性特征:EOAP 与 Pt 氧化之间存在对 OHad的竞争,这会影响反应进程。尽管相关研究已取得一定进展,但仍存在一些关键问题尚未解决。例如,阳离子效应的微观起源尚不明确,包括关键中间体的相对稳定性、这些稳定性如何影响中间体的形成与氧化,以及它们最终如何通过形成惰性 Pt 氧化物致使 Pt 表面失活等,这些问题有待进一步研究探索。

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