Forskere opnår elektrosyntese via superbefugtende organisk-fast-vand-grænseflader

Kinesiske videnskabsmænd har for nylig opnået den direkte syntese af benzaldehydkemikalier med høj renhed fra den selektive elektrooxidation af benzylalkohol. Det organisk-fast-vand (OSW) trefasede reaktionssystem har vist særlige fordele ved at reducere ohmske tab og forenkle produktadskillelse og oprensningsprocesser sammenlignet med konventionelle H-type elektrokemiske celler.

Undersøgelsen, offentliggjort online i Science Advances , blev udført af Profs. Zhang Tierui og Shi Run fra det tekniske institut for fysik og kemi ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS).

Elektrokatalyse i vandig elektrolyt er blevet anerkendt som en grøn metode til organiske redoxreaktioner, da vand er en ren brint- og oxygenressource. På grund af den dårlige opløselighed af en række organiske stoffer i den vandige fase er flertrinsfortynding-reaktions-oprensningsprocesser imidlertid nødvendige i de fleste tilfælde. Som følge heraf er der stadig en barriere for den udbredte anvendelse af elektrokatalyse i det organiske syntesesamfund.

"For eksempel kræver elektrooxidation af benzylalkohol til benzaldehyd typisk ikke-vandige understøttende elektrolytter og opløsningsmidler, hvilket markant øger reaktionens overpotentiale, komplicerer oprensningsprocessen og forårsager overoxidation til syre under længerevarende elektrolyse," sagde prof. Zhang Tierui.

"Målet med vores forskning er at udvikle et trefaset OSW elektrokatalytisk system til effektiv produktion af højrent benzaldehyd. Det nye system har separate organiske og vandfaser i stedet for en organisk-i-vand-konfiguration i konventionelle H-type celler Det tillader hurtig tilførsel af koncentreret benzylalkohol direkte fra den organiske fase," sagde Prof. Shi Run.

I dette arbejde blev benzylalkohol (9,3 mol/L) brugt i koncentrationer over 90 gange højere end alkoholen brugt i tidligere undersøgelser. Det opnåede en Faradaic-effektivitet på 97 % til benzaldehydproduktion og opnåede højrent benzaldehyd (91,7 %) i den organiske fase uden nogen efteroprensningsprocesser.

Elektroder med superbefugtende OSW-grænseflader kan spontant adskille organiske og vandige opløsninger. I dette tilfælde opsamles benzaldehydproduktet direkte i den organiske fase. Dette har to fordele:at undertrykke benzaldehyd-overoxidation med vandig elektrolyt og opnå benzaldehyd med høj renhed, når benzylalkohol er fuldstændig omdannet i den organiske fase.

Elektrosyntese via superbefugtende OSW-grænseflader er derfor en ønskværdig måde at fremstille organiske forbindelser med høj renhed. Endnu bedre, det bruger ren energi og vandressourcer, og det gør reaktionen mere effektiv og mindre kompliceret.

Flere oplysninger: Kør Shi et al, Elektrokemisk oxidation af koncentreret benzylalkohol til højrent benzaldehyd via superbefugtende organisk-fast-vand-grænseflader, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn0947

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af Chinese Academy of Sciences