六亞甲基四胺(HMTA)在國防工業、藥品、食品、塑料、橡膠等領域的應用非常廣泛,傳統有機合成HMTA需要使用通過高溫高壓合成的氨作為原料,相比而言,電化學合成HMTA的方法具有安全和綠色的優勢,能夠使用廢水NO3-一鍋合成。但是電催化還原合成NH3的反應過程包括復雜反應路線,比如構筑C-N化學鍵和形成環狀結構。
有鑒于此,湖南大學王雙印教授、鄒雨芹教授等報道通過電化學氧化生成的Cu(e-OD-Cu)作為電催化劑,在-0.30 V過電勢生成NH3的產率達到76.8 %,法拉第效率達到74.9 %。
本文要點
(1)
通過一系列原位表征技術和DFT理論計算揭示催化反應的機理和反應路徑,相關研究結果說明電催化合成HMTA的過程是電化學-化學反應的串聯過程。研究結果說明Cu空位能夠增強底物分子的吸附,阻礙C=N化學鍵的繼續加氫。
(2)
這項研究給出合成HMTA以及構筑多重C-N化學鍵的新型電催化合成機理。
參考文獻
Yuping Pan, Yuqin Zou*, Chongyang Ma, Ta Thi Thuy Nga, Qizheng An, Rong Miao, Zhongcheng Xia, Yun Fan, Chung-Li Dong, Qinghua Liu, and Shuangyin Wang*, Electrocatalytic Coupling of Nitrate and Formaldehyde for Hexamethylenetetramine Synthesis via C–N Bond Construction and Ring Formation, J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c06840
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c06840