在无膜固体电解质反应器中实现生物质底物的连续双氢化反应

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Continuous Dual Hydrogenation of Biomass Substrates in a Membrane-Free Solid Electrolyte Reactor

本研究开发了一种双电催化加氢技术，利用肼和水的氢源在阴极和阳极高效合成丁二酸，采用无膜固态电解质反应器实现连续生产，法拉第效率达180%，运行200小时稳定，为绿色化学和生物质转化提供新途径。

　　

摘要

通过电催化氢化从生物质中生产化学品在可持续材料、医药、食品等多个领域具有巨大的潜力，可以减少对环境的影响。特别是双电催化氢化技术，它利用阳极和阴极的同时反应，实现了最高的电子效率（约200%）和产率。然而，在较高电压下，阳极产生的氢原子（H^*）容易重新转化为质子。这导致了转化率和选择性较低的问题，以及难以维持连续生产的问题。在此研究中，我们分别使用肼和水作为阳极和阴极反应的氢源，成功实现了马来酸高效地双氢化为琥珀酸。该方法每个转移的电子会产生两个H^*原子，从而在阴极和阳极都促进了有效的碳-碳（C?C）键的形成。我们进一步开发了一种模块化的、无膜的固体电解质反应器，使用商用钴催化剂连续进行马来酸的双氢化反应。通过利用肼的氧化和水还原反应，该反应器在100 mA的电流下持续运行200小时以上，法拉第效率达到约180%。我们的方法在绿色化学的实际应用中显示出巨大潜力，尤其是在高效生物质转化方面。

图形摘要

我们开发了一种新型的电催化双氢化方法，使用肼和基于钴的催化剂，在无膜的固体电解质反应器中实现了马来酸向琥珀酸的连续转化，具有较高的氢化法拉第效率（200%）和较长的耐用性（200小时，100 mA）。这一进展为可持续绿色化学应用展示了巨大的潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。