Una svolta nell'elettroossidazione del propilene

31 maggio 2023

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dall’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina

Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Geng Zhigang dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina (USTC) ha progettato un catalizzatore molecolare che può subire un’interconversione dinamicamente reversibile per l’elettroossidazione del propilene in 1,2-glicole propilenico. Questo lavoro è stato pubblicato sul Journal of American Chemical Society.

L'1,2-propilene glicole (PG) è un materiale chimico importante. La produzione tradizionale di PG comprende l'ossidazione del propilene in ossido di propilene e l'idrolisi dell'ossido di propilene in PG. In questo processo, come ossidante viene utilizzato il cloro altamente inquinante e l'idrolisi dell'ossido di propilene richiede temperature elevate o condizioni acide.

Al contrario, l’elettroossidazione in una fase del propilene in 1,2-propandiolo non solo semplifica il processo di produzione, ma evita anche l’uso di cloro gassoso utilizzando l’acqua come fonte di ossigeno, riducendo l’inquinamento e i costi energetici.

Nell'elettroossidazione del propilene in PG, la generazione di *OH e l'accoppiamento di *OH e propilene sono due passaggi chiave. Il forte adsorbimento del catalizzatore in *OH favorisce la dissociazione di H2O in *OH, mentre il debole adsorbimento favorisce l'accoppiamento di *OH e propilene. Tale processo determina una relazione di scala dell'energia di legame di *OH sui catalizzatori, limitando gravemente le prestazioni catalitiche per l'elettroossidazione del propilene.

I ricercatori hanno progettato un catalizzatore molecolare Ag pirazolo (AgPz) con una struttura di interconversione dinamicamente reversibile. A causa del legame idrogeno tra NH pirrolico e *OH, AgPz con struttura NH pirrolica ha un forte adsorbimento su *OH, promuovendo la dissociazione dell'acqua per formare *OH. La struttura pirrolica dell'NH è soggetta a deprotonazione, che forma posti vacanti di H e porta alla perdita di legami idrogeno. AgPz con strutture di posti vacanti H hanno un adsorbimento più debole da parte di *OH, che a sua volta accelera l'accoppiamento di *OH e propilene.

Successivamente, il posto vacante di H si ricombina con l'idrogeno, riformando AgPz con una struttura NH pirrolica. L'interconversione dinamica porta a un'energia di legame mutevole di *OH su AgPz, che rompe la relazione di ridimensionamento e aumenta efficacemente l'elettroossidazione del propilene.

La valutazione delle prestazioni ha mostrato che con un potenziale di lavoro di 2,0 V rispetto all'elettrodo Ag/AgCl, i tassi di resa di PG utilizzando AgPz come catalizzatore hanno raggiunto 288,9 mmol gcat-1 h-1, che è più di un ordine di grandezza superiore rispetto al tasso più alto precedente .

Maggiori informazioni: Jingwen Ke et al, Interconversione dinamicamente reversibile di catalizzatori molecolari per l'elettroossidazione efficiente del propilene in glicole propilenico, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c00660

Informazioni sul diario:Giornale dell'American Chemical Society

Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina