乙二醇是一種廣泛使用的商品化學(xué)品，其生產(chǎn)每年排放的CO2超過4600萬噸?；诖?，美國特拉華大學(xué)焦鋒教授、天津大學(xué)馬新賓教授和美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校劉遠(yuǎn)越教授等人報(bào)道了一種配對電催化方法，以甲醇為原料高效的生產(chǎn)乙二醇。
碳催化劑以92%的法拉第效率（FE）將甲醛還原為乙二醇，而陽極Pt催化劑通過甲醇部分氧化生成甲醛，法拉第效率（FE）為75%。電解槽在100 mA cm?2的電流密度下僅需3.2 V的全電池電壓下，能耗降低60%。通過DFT計(jì)算，作者研究了反應(yīng)機(jī)制，重點(diǎn)關(guān)注C-C耦合步驟，因?yàn)樗赡苁嵌x乙二醇形成選擇性的關(guān)鍵。作者發(fā)現(xiàn)兩個(gè)吸附的*CH2OH之間的直接耦合在石墨烯基面上和邊緣位置都具有過高的活化能。相反，兩個(gè)解吸CH2OH之間的耦合很容易，勢壘僅為0.28 eV。更重要的是，CH2OH從石墨烯基面上的解吸需要0.62 eV，在室溫下是可行的。結(jié)果表明，CH2OH解吸在形成乙二醇過程中起重要作用。作者比較了C、Cu和Pd之間CH2OH的解吸能，以了解為什么碳是最好的催化劑。CH2OH在Cu和Pd(111)表面的解吸能分別為1.43 eV和1.90 eV，遠(yuǎn)高于碳表面的0.62 eV。因此，較強(qiáng)的吸附作用阻礙了通往乙二醇的途徑，并引導(dǎo)反應(yīng)進(jìn)一步氫化CH2OH中間體，導(dǎo)致甲醇的形成。該低解吸能壘解釋了為什么碳是獨(dú)特的有利于乙二醇的形成，而Cu和Pd只對甲醇表現(xiàn)出選擇性。Electrosynthesis of ethylene glycol from C1 feedstocks in a flow electrolyzer. Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-40296-9.
