金电极上甘油衍生物环氧丙醇的电化学氧化研究：可持续燃料电池的生物醇探索

推荐：研究人员针对生物基燃料可持续性问题，首次系统研究了甘油衍生物环氧丙醇(glycidol)在金电极上的电化学氧化行为。通过循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)和原位傅里叶变换红外光谱(FTIR)等技术，对比分析了碱性/酸性介质中glycidol与甘油(glycerol)的氧化机制，发现甘油氧化活性更高(电流密度达3倍)，并鉴定出甲酸盐、碳酸盐等产物。该研究为生物质衍生燃料在直接醇燃料电池(DAFCs)中的应用提供了新思路。

　　

随着全球对清洁能源需求的增长，直接醇燃料电池(DAFCs)因其高能量密度和易存储特性成为研究热点。然而传统甲醇燃料存在毒性和不可再生问题，而生物质衍生的甘油(glycerol)因其可再生性和过剩产量（占生物柴油副产物90%）成为理想替代品。但甘油的高粘度和强亲水性限制了其应用，其衍生物如环氧丙醇(glycidol)具有更优的物理化学性质，却从未被系统研究过电化学行为。

针对这一空白，研究人员开展了glycidol在金电极上的电化学氧化研究。通过对比glycidol与母体化合物甘油的氧化性能，结合多种表征手段揭示了反应机制差异。研究发现，在0.1 M NaOH碱性介质中，甘油在1.13 V(vs RHE)达到氧化电流峰值，而glycidol的氧化起始电位更高(0.85 V)，峰值电流仅为甘油的1/3。这种差异源于glycidol环氧环的稳定性和羟基酸性较弱(pKa比甘油高2.8倍)，导致其去质子化步骤更难进行。

研究采用循环伏安法(CV)证实反应受扩散控制，扫描速率(v)与峰值电流呈v^1/2线性关系。通过金纳米颗粒修饰电极实验发现，多孔结构能促进甘油中间产物的二次氧化，但对glycidol效果不显著，说明二者氧化路径不同。计时电流法(CA)进一步验证，在1.20 V电位下glycidol因金氧化物钝化完全失活，而甘油仍保持活性。

关键突破来自原位红外反射吸收光谱(IRRAS)分析。在0.1-1.3 V电位扫描过程中，检测到1590 cm^-1(甲酸盐)、1730 cm^-1(乙醇酸)和2343 cm^-1(CO₂)特征峰，证实glycidol会发生C-C键断裂完全矿化。偏振光实验表明产物均存在于溶液相而非吸附态，这与甘油氧化产生甘油酸等产物的路径形成鲜明对比。

该研究首次阐明了glycidol的电氧化机制，虽然其活性低于甘油，但低粘度、易储存等优势使其成为有潜力的生物燃料候选。成果发表于《Journal of Electroanalytical Chemistry》，为生物质衍生燃料在可持续能源领域的应用提供了重要理论依据。通过调控分子结构设计高活性、低环境影响的生物燃料开辟了新方向，对推动绿色能源技术发展具有重要意义。

（注：因原文未明确标注第一作者单位，故未在解读中体现研究机构信息。所有实验数据和结论均严格依据原文所述，未引用外部文献。）