科研快讯

【科技快讯】我院刘艳彪教授团队Angew:轴向氯配位助力苯酚资源化转化

2025-11-24

对苯醌(p-Benzoquinone, p-BQ)是一种重要的化工中间体,广泛应用于医药、染料和聚合物合成等领域。传统的p-BQ合成方法存在普遍高能耗、高污染等问题。电催化氧化酚类废水合成p-BQ可实现废水净化与资源回收的双赢,具有显著的环境与经济效益。然而,现有研究大多依赖贵金属电催化剂,不仅成本高且选择性也不够理想。本研究通过轴向氯配位工程,构建了非贵金属Co-CNT-Cl催化剂,在中性条件下即可实现苯酚的高效转化(92.4%)与p-BQ的高选择性合成(83.7%,为酚类废水的资源化处理提供了新策略。

酚类废水是典型的工业难降解有机废水,传统处理方法成本高且易造成二次污染。电催化氧化技术可在常温常压下将酚类化合物转化为高附加值化学品。本研究通过熔融NaCl辅助热解策略,在碳纳米管内壁构建了轴向氯配位的CoN4位点(Co-CNT-Cl,实现了酚类分子的高效吸附与p-BQ的选择性脱附。

1. Co-CNT-Cl催化剂合成与结构表征

通过SEMTEMAC-HAADF-STEMEDS mapping等手段证实了Co单原子与Cl元素的均匀分布XAFS进一步揭示了Co-N4-Cl的轴向配位结构,明确了氯原子在调控Co位点电子结构中的关键作用。

2. 原子结构与配位微环境分析

电化学性能测试表明,Co-CNT-Cl在酚氧化反应中表现出远优于CNTCo-CNT的电流密度和反应动力学,其高疏水表面有效抑制了析氧副反应,提升了目标产物选择性。

3. 电催化性能评估与稳定性测试

结合理论计算与原位谱学成像手段,证实了氯配位通过调控Co位点的d带中心来增强酚吸附与促进p-BQ脱附的关键机制

4. 反应机理的理论与实验验证

构建的连续流电解系统120小时内保持稳定的酚转化率与p-BQ产率。经萃取、旋蒸可获得高纯p-BQ固体;结合生命周期评估证实该路径在降低碳足迹与资源消耗方面具有优势,展现出良好的工业化前景。