网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

AM:缺陷界面水结构提升太阳能KA油氧化!

0
分享至

己二酸是尼龙和聚氨酯工业中的关键中间体,传统生产路线主要依赖硝酸氧化KA油,但该过程会释放N₂O等温室气体,带来环境压力和较高成本。因此,发展温和、低排放、可持续的KA油氧化路线具有重要意义。

电催化CHAOR为己二酸合成提供了更绿色的选择,但Ni基催化剂仍受限于活性氧物种生成不足、有机分子吸附较弱以及长期稳定性不够。如何同时提升*OH生成、界面传质和催化位点稳定性,是该方向的核心难题。

该工作围绕界面水结构调控展开,通过Ru单原子与氧空位共同修饰NiOₓ,使催化表面更容易形成*OH,同时让CHA和CHN更容易到达并吸附在活性位点上,从而提升环开环氧化效率和太阳能耦合电解稳定性。

近日,湖南大学王双印,邹雨芹等人在Advanced Materials发表了题为"Defect-Engineered Interfacial Water Structure for Enhanced Solar-Driven Electrooxidation of KA Oil"的研究论文。Zhuoran Lu为论文第一作者,邹雨芹为论文通讯作者。


核心亮点

1. 构建Ru单原子与氧空位协同的Ru-NiOₓ界面,同时调控活性氧生成和有机分子吸附。

2. 氧空位提供Lewis酸位点,增强CHA/CHN吸附,并抑制Ru原子团聚,有利于单原子稳定分散。

3. 原位Raman证明Ru-NiOₓ削弱界面氢键网络,提高K⋅H₂O比例,从而降低*OH形成势垒。

4. 机制研究明确CHAOR包含电化学-化学串联过程:*OH生成是电化学步骤,随后与有机物反应为化学步骤。

5. Ru-NiOₓ在1.45 VRHE下实现100% CHA转化和87% AA产率,并在太阳能驱动PV-EC体系中实现1000 h稳定运行。

全文速览

环己醇电氧化反应为己二酸生产提供了一条可持续路线,但由于活性氧物种和反应路径认识不足,实现高效开环和长期稳定产率仍具挑战。该研究利用Ru单原子和氧空位构建协同界面以促进CHAOR。

氧空位作为结构促进剂,形成Lewis酸位点以增强有机物吸附,并减缓Ru原子团聚;原子级分散的Ru位点作为功能调节剂,破坏界面氢键网络,降低*OH形成势垒,并提升有机分子接近催化表面的能力。

研究阐明了串联电化学-化学机制:*OH形成为电化学步骤,而其与有机物反应为化学步骤。得益于该协同效应,Ru-NiOₓ在1.45 VRHE下实现100%转化率和87%己二酸产率。

此外,光伏-电解体系可缓解太阳能间歇性和功率波动,Ru-NiOₓ在1000 h运行中表现出优异稳定性,最高产率达到204.4 µmol cm⁻² h⁻¹;扩展至8个电解槽后仍显示良好放大潜力。

图文解读


图1 |Ru-NiOₓ的结构、缺陷、配位环境和Ru单原子分散状态表征

HAADF-STEM显示Ru-NiOₓ中存在均匀分散的亮点,说明Ru以单原子形式进入NiO晶格。EPR证明Ar等离子体引入氧空位,而Ru掺入后缺陷信号减弱。

EXAFS和XANES进一步显示Ni-O配位数变化、NiO晶格畸变以及Ru-O配位存在,同时未观察到Ru-Ru散射,支持Ru单原子稳定分散。


图2 |Ru-NiOₓ在CHAOR中的电催化活性、产物选择性和流动电解表现

电化学测试表明Ru-NiOₓ在CHAOR中电流密度最高,ECSA归一化后仍保持最高本征活性。NiO、NiOₓ和Ru-NiOₓ的AA产率分别为52%、63%和87%,最佳电位为1.45 VRHE。

膜分离自由流动电解槽中,Ru-NiOₓ在30 mA cm⁻²下稳定运行32 h,实现95% CHA转化率和90% AA选择性。


图3 |Ru-NiOₓ上CHAOR反应路径和*OH介导机制解析

产物分布显示CHA先转化为CHN,随后进一步氧化并开环生成AA。原位FTIR观察到己二酸盐相关峰增强、CHN峰减弱,并检测到α-二酮结构信号,说明1,2-环己二酮是关键中间体。

多电位计时电流实验表明,CHA脱氢和CHN开环主要是*OH介导的化学步骤,而*OH生成是关键电化学步骤。


图4 |原位Raman揭示Ru-NiOₓ对界面水氢键网络的调控作用

原位Raman用于比较NiO、NiOₓ和Ru-NiOₓ界面水结构。结果显示Ru-NiOₓ具有更高比例的K⋅H₂O,意味着界面氢键网络更加松散。

较弱的氢键环境有利于水解离和*OH生成,也便于CHA、CHN等有机物进入催化剂表面,从界面传质和活性氧供应两方面提升CHAOR。


图5 |Ru单原子与氧空位协同增强*OH生成、吸附和KAOR能量学

原位Raman显示Ru-NiOₓ上NiO(OH)ads生成电位低于NiOₓ和NiO,说明氧空位与Ru单原子协同促进*OH生成。EIS表明Ru-NiOₓ具有更优的界面电荷传递特征。

DFT计算进一步证明其*OH形成能更有利,并降低CHA和CHN吸附能;QCM和自由能分析共同支持其更强的有机物吸附与KAOR动力学优势。


图6 |Ru-NiOₓ实现太阳能驱动KAOR长时稳定运行和多电解槽放大

研究团队搭建集成PV-EC体系,将太阳能板、储能电池、MPPT、DC-DC模块和流动电解槽耦合,用于太阳能驱动KA油氧化。单电解槽体系在1000 h耐久测试中维持稳定生产,最高产率达到204.4 µmol cm⁻² h⁻¹。

进一步扩展至8个电解槽后,系统连续运行6000 min并累计获得32.5 g AA,展示放大应用潜力。

总结

该研究表明,通过缺陷工程调控NiOₓ表面界面水结构,可以显著提升KA油电氧化制己二酸的效率和稳定性。Ru单原子与氧空位形成协同作用:氧空位增强有机物吸附并稳定Ru单原子分散,Ru位点削弱界面氢键网络、促进水解离并降低*OH生成势垒。

机制研究明确,*OH生成是决定CHAOR效率的关键电化学步骤,而CHA脱氢和CHN开环属于*OH介导的化学过程。

凭借这一界面调控策略,Ru-NiOₓ获得高CHA转化率和AA产率,并在光伏-电解系统中实现长时间稳定运行及多电解槽放大,显示出面向绿色化工合成和太阳能驱动电解转化的应用前景。

Defect-Engineered Interfacial Water Structure for Enhanced Solar-Driven Electrooxidation of KA Oil,Advanced Materials,2026,DOI:10.1002/adma.74766

(来源:网络版权属原作者 谨致谢意)

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
画面不堪入目,地下人奶交易乱象,成年人躺进怀里吃奶的灰色黑产

画面不堪入目,地下人奶交易乱象,成年人躺进怀里吃奶的灰色黑产

易玄
2026-09-12 10:24:46
亮瞎眼!开盘买入,一天暴赚超165%

亮瞎眼!开盘买入,一天暴赚超165%

数据宝
2026-09-18 13:51:41
重磅:美国众议院通过格雷厄姆对俄制裁法案!加征100%关税

重磅:美国众议院通过格雷厄姆对俄制裁法案!加征100%关税

项鹏飞
2026-09-17 18:44:26
1-0后!贝蒂斯成西甲争冠黑马:6轮5胜进前三,先斩皇马后擒巴萨

1-0后!贝蒂斯成西甲争冠黑马:6轮5胜进前三,先斩皇马后擒巴萨

体育知多少
2026-09-18 10:24:54
尺寸有点大!004航母准备装球鼻艏,长度已快撑满整个船坞,这下满排11万吨没跑了

尺寸有点大!004航母准备装球鼻艏,长度已快撑满整个船坞,这下满排11万吨没跑了

华人星光
2026-09-14 14:40:08
管家转卖雇主酒水获利243万元被判刑10年半,家属称将申诉

管家转卖雇主酒水获利243万元被判刑10年半,家属称将申诉

澎湃新闻
2026-09-17 16:58:28
日本方面不满本次女足金球奖将日本缩写为JAP,认为因使用JPN

日本方面不满本次女足金球奖将日本缩写为JAP,认为因使用JPN

懂球帝
2026-09-18 10:53:16
中央明确:公职人员出差伙食费、交通费、住宿费、会议费标准

中央明确:公职人员出差伙食费、交通费、住宿费、会议费标准

新理财杂志
2026-09-17 17:32:35
狱友问我怎么进来的,我:贪10个亿。狱警上来就是一脚:装什么

狱友问我怎么进来的,我:贪10个亿。狱警上来就是一脚:装什么

悬案解密档案
2026-02-26 15:34:48
著名演员突发心梗!年仅49岁,每天健身打篮球,没去日本救了条命

著名演员突发心梗!年仅49岁,每天健身打篮球,没去日本救了条命

古事寻踪记
2026-09-16 14:21:40
葡媒:41岁C罗有望入选葡萄牙大名单;葡萄牙阵容或迎来大换血

葡媒:41岁C罗有望入选葡萄牙大名单;葡萄牙阵容或迎来大换血

懂球帝
2026-09-18 16:21:40
父亲是知名主持毕福剑,移民加拿大接受西方教育,却变成了不男不女的模样,毕福剑丢掉的不只是事业,还有女儿的二十年

父亲是知名主持毕福剑,移民加拿大接受西方教育,却变成了不男不女的模样,毕福剑丢掉的不只是事业,还有女儿的二十年

品茗赏娱
2026-09-09 08:54:49
快评:“九一八”当天挑衅,菲律宾自己掂量后果

快评:“九一八”当天挑衅,菲律宾自己掂量后果

环球时报国际
2026-09-18 16:29:31
解放军重磅点名郭德纲!三大强烈信号出炉,赵本山三次忠告全应验

解放军重磅点名郭德纲!三大强烈信号出炉,赵本山三次忠告全应验

介知
2026-09-17 09:02:24
中美外长级通话后,美国正式回应来了,提及台湾问题,不简单

中美外长级通话后,美国正式回应来了,提及台湾问题,不简单

DS北风
2026-09-18 11:06:03
河北邢台一汽贸中心起火,当地回应:无人员伤亡,消防部门和当地干部都在现场处置

河北邢台一汽贸中心起火,当地回应:无人员伤亡,消防部门和当地干部都在现场处置

潇湘晨报
2026-09-18 12:48:14
白举纲敦煌婚礼刷屏!娱乐圈最稀缺的爱情:低调守护,岁岁安稳

白举纲敦煌婚礼刷屏!娱乐圈最稀缺的爱情:低调守护,岁岁安稳

传递满满正能量
2026-09-18 06:24:43
经营仅6个月!贾国龙新品牌天边砂锅焖面已有门店暂停营业 西贝回应

经营仅6个月!贾国龙新品牌天边砂锅焖面已有门店暂停营业 西贝回应

快科技
2026-09-18 00:24:09
赛力斯康波回应问界专属专营:赛力斯与华为坚定在一起,将择机进入轿车、MPV等市场

赛力斯康波回应问界专属专营:赛力斯与华为坚定在一起,将择机进入轿车、MPV等市场

每日经济新闻
2026-09-18 13:14:11
欧盟威胁中国关闭市场?德国率先对华发难,中方商务部回应

欧盟威胁中国关闭市场?德国率先对华发难,中方商务部回应

兵器海陆空视频
2026-09-18 17:04:30
2026-09-18 18:00:49
化学人生 incentive-icons
化学人生
~人生如化学 化学悟人生~
7545文章数 20657关注度
往期回顾 全部

科技要闻

直击iPhone 18新机发售:黄牛加价不如前代

头条要闻

日本亚运会又出乌龙 曲棍球赛前给韩国队演奏朝鲜国歌

头条要闻

日本亚运会又出乌龙 曲棍球赛前给韩国队演奏朝鲜国歌

体育要闻

一个角色球员,靠什么在NBA征战17年

娱乐要闻

陈思诚 佟丽娅不想让儿子知道两人离婚

财经要闻

研发0.25亿理财26亿,敷尔佳豪赌三类器械

汽车要闻

纯电/插混双动力+五座/六座双布局 海狮08应该怎么选?

态度原创

亲子
教育
游戏
本地
旅游

亲子要闻

儿童咽喉疼痛反复发作,要紧吗

教育要闻

北京国际学校推荐怎么选?别只盯藤校offer,美本全员录取率、师生比和课程认证才是硬指标

GameNative让两款R星游戏在安卓设备本地运行!

本地新闻

中秋逛白塔寺,体验国医妙荟雅集

旅游要闻

诚邀全国游客中秋国庆假期走进潍坊 开启养生润心康养之旅

无障碍浏览 进入关怀版