【儀表網 研發快訊】環氧丙烷(PO)是一種重要的基礎化工原料，其傳統生產方法面臨環境和成本的雙重挑戰，通過電化學方法實現丙烯環氧化反應(PER)合成環氧丙烷因此受到廣泛關注。常規的氯介導丙烯電化學環氧化策略具有反應速度快、轉化效率相對較高的優勢，但仍面臨著陰極產生的OH-擴散至陽極會導致介導活性物種損失和競爭副反應加劇等問題。因此需要通過離子交換膜分隔，采用先生成氯醇中間產物，再進行陰陽極液混合形成環氧丙烷的分步過程實現，制約了轉化效率的進一步提高。
針對上述問題，中國科學院上海高等研究院(以下簡稱“上海高研院”)魏偉、陳為研究員團隊設計了自支撐RuO2/Ti中空纖維透散電極，結合空間耦合策略促進氯醇和OH-進一步直接轉化，實現安培級電流密度下一步法高效生成環氧丙烷。研究成果以“Spatial-coupled Ampere-level Electrochemical Propylene Epoxidation over RuO2/Ti Hollow-fiber Penetration Electrodes”為題在線發表于化學領域重要期刊Angewandte Chemie International Edition。
研究團隊原創的自支撐中空纖維透散電極，具有獨特的透散效應顯著地提高了三相界面反應，極大地增強了丙烯環氧化反應動力學。在促進氯醇和OH-進一步直接轉化為環氧丙烷的同時，顯著的抑制了OH-擴散的不利影響。通過RuO2/Ti中空纖維空間耦合策略，實現了安培級電流密度下無膜單池內一步法高效制取環氧丙烷，達到了超過80%的環氧丙烷法拉第效率和859 mA cm−2的環氧丙烷分電流密度。同時，通過原位拉曼實現了對反應過程的原位監測和液相產物的在線定量，并進一步結合實驗及理論計算提出了RuO2表面形成的吸附氯物種(*Cl)對丙烯雙鍵親電進攻實現環氧化反應的新機制。
該工作為丙烯電化學環氧化高效制取環氧丙烷研究及應用提供了新思路。論文第一作者為上海高研院王將將碩士、董笑博士(共同一作)和馮光輝博士(共同一作)。上述研究得到了中國科學院先導專項、科技部催化科學重點專項、上海市科技委員會碳中和項目以及內蒙科技廳重大項目等經費支持。(圖/文 王將將、董笑、陳為)
圖1. 基于RuO2/Ti中空纖維空間耦合策略實現安培級丙烯電化學環氧化
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