Formation of carbon–nitrogen bonds in carbon monoxide electrolysis

化学 烯酮 亲核细胞 乙酰胺 碳纤维 一氧化碳 电解 酰胺 无机化学 有机化学 光化学 催化作用 电极 复合材料 材料科学 物理化学 复合数 电解质
作者
Matthew Jouny,Jing-Jing Lv,Tao Cheng,Byung Hee Ko,Jun‐Jie Zhu,William A. Goddard,Feng Jiao
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
卷期号:11 (9): 846-851 被引量:403
标识
DOI:10.1038/s41557-019-0312-z
摘要

The electroreduction of CO2 is a promising technology for carbon utilization. Although electrolysis of CO2 or CO2-derived CO can generate important industrial multicarbon feedstocks such as ethylene, ethanol, n-propanol and acetate, most efforts have been devoted to promoting C-C bond formation. Here, we demonstrate that C-N bonds can be formed through co-electrolysis of CO and NH3 with acetamide selectivity of nearly 40% at industrially relevant reaction rates. Full-solvent quantum mechanical calculations show that acetamide forms through nucleophilic addition of NH3 to a surface-bound ketene intermediate, a step that is in competition with OH- addition, which leads to acetate. The C-N formation mechanism was successfully extended to a series of amide products through amine nucleophilic attack on the ketene intermediate. This strategy enables us to form carbon-heteroatom bonds through the electroreduction of CO, expanding the scope of products available from CO2 reduction.
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