近来，我国科学技术大学曾杰、耿志刚教授等人在丙烯电催化氧化制环氧丙烷范畴获得重要发展。研讨人员运用溴化物作为反响介质，在空间上解耦了丙烯电催化氧化反响中的电解进程和丙烯转化进程，然后防止了丙烯转化进程中的许多副反响，完成了高效丙烯电催化氧化制环氧丙烷。相关效果以“Spatial decoupling of bromide-mediated process boosts propylene oxide electrosynthesis”为题发表于《天然·通讯》杂志（un.2024, 15, 3646）。

　　环氧丙烷（PO）是出产各种化学品的通用质料，包含聚醚多元醇、丙二醇和碳酸二甲酯。最近，环氧丙烷的电化学组成引起了广泛重视。因为有限的法拉第功率（20%）、电流密度（5mAcm-2）和安稳才能（10h），丙烯直接电催化氧化制环氧丙烷间隔实践运用较远。Sargent等人提出了一种氯化物介导体系用于环氧丙烷的电化学组成，该体系完成了1Acm-2的电流密度、约70%的法拉第功率和约97%的产品选择性。尽管电流密度和选择性明显提高，但法拉第功率仍不能令人满意。法拉第功率的丢失可以归因为次氯酸（HOCl）不可逆地分解为不反响的ClO-。此外，析氧反响（OER）的剧烈竞赛也约束了法拉第功率，因为Cl-氧化到Cl2的规范电极电势（1.36V vs RHE）高于析氧反响的规范电极电势（1.23V vs RHE）。为了尽最大或许防止上述电化学氯醇道路的缺陷，Br-/Br2氧化复原介质被运用于烯烃的选择性氧化反响。但是，它们的功能（包含活性、安稳性和选择性）依然面对以下应战。首要，反响的作业电流遭到约束（0.35 A）。在这些作业中，烯烃被鼓泡入或直接置于电解槽内。在这种情况下，烯烃在高电流下不可防止地会发生副反响，如过氧化，这不利于丙烯在高电流下的转化，因而约束了环氧丙烷的规模化出产。一起，副反响造成了烯烃的丢失，导致工业出产本钱上升。其次，电流安稳性会遭到很多烯烃输入和电解质剧烈拌和的阻止。第三，反响的法拉第功率是受限的，因为当生成的HBrO露出于具有特定吸附位点的金属基阳极时会发生不可逆的裂解反响。第四，因为Br2在阳极外表的部分浓度比较来说较高，其与烯烃触摸后或许会生成溴化产品，降低了反响的选择性，导致产品别离本钱升高。

　　在本文中，咱们经过运用溴化物介质在空间上解耦了电解进程和丙烯转化进程。具体来说，Br2在阳极发生，然后转移到独立的反响器中与丙烯反响。空间解耦体系防止了阳极和丙烯之间的直触摸摸，即便在高电流下活性和选择性也有望被坚持。此外，该解耦体系消除了很多质料输入对体系安稳性的搅扰。正如预期的那样，所开发的电化学溴醇体系可运用本钱低价的碳纸作为阳极来高效组成环氧丙烷。在所有外加电位下，环氧丙烷的选择性到达99.9%以上。有必要留意一下的是，在1.9 VvsAg/AgCl电位下，法拉第功率到达了91%。该体系可以在250 mAcm-2电流密度下安稳运转750小时（30天），法拉第功率在整一个完好的进程中仅表现出0.73%的衰减。咱们还规划了一个几许电极面积为25 cm2的扩大活动型反响器并结合自主规划的蒸馏别离设备验证了上述战略的实践运用远景。在6.25 A电流下接连电解50小时后，共获得了262g环氧丙烷纯产品。此外，电化学溴醇道路也适用于其他烯烃的高效转化，包含气态烯烃（如乙烯、1-丁烯和异丁烯）和液态烯烃（如1-辛烯、环戊烯和苯乙烯）。这些成果证明了电化学溴醇道路组成环氧化物的工业可行性。

　　该项研讨遭到国家天然科学基金委、我国科学院和科技部等的赞助。曾杰、耿志刚教授为该论文的通讯作者，博士生迟明芳、博士后柯景文和特任副研讨员刘彦为论文的一起榜首作者。