界面质子-电子供体协同作用通过双路径还原实现了可持续的肟类化合物电合成

《Nature Communications》：Interfacial proton-electron donor synergy enables sustainable oxime electrosynthesis via dual-path reduction

　　

摘要

电合成高附加值有机氮化合物为解决全球氮循环中的人为失衡问题提供了一种有前景的策略。挑战在于电催化界面处质子转移与电子转移之间的动态不同步性，这导致了较低的法拉第效率（FE）和选择性。在这里，我们通过将质子化的聚苯胺与石墨片（p-PANI-GS）结合，构建了一个协同的质子-电子供体界面，实现了硝酸盐（NO₃^?）向*NH₂OH的双路径还原，即自发的化学还原和增强的电催化还原。当与环己酮结合使用时，该配置的环己酮肟（C₆H₁₁NO）产率为67.1 μmol h^?1 cm^?2，法拉第效率为69.9%，并且在pH值3.0至11.0的范围内表现出良好的稳定性。机理研究表明，自主的质子供给与异质界面电子重分布协同作用，实现了在催化位点上的协同质子-电子传递。这种供体协同作用加速了质子耦合的电子转移动力学，并稳定了*NH₂OH中间体在NO₃^?还原过程中的形成，从而提高了C₆H₁₁NO的选择性。此外，太阳能驱动系统和机器学习预测支持了这种肟电合成策略的实际应用潜力。我们的工作开创了一种原子级界面工程框架，为实现可持续的高附加值肟电合成提供了可能。