Bromide-Mediated Photoelectrochemical Epoxidation of Alkenes Using Water as an Oxygen Source with Conversion Efficiency and Selectivity up to 100%

化学 选择性 催化作用 过氧化氢 环氧化物 溴化物 无机化学 氧化还原 太阳能燃料 介孔材料 光电化学电池 贵金属 光化学 有机化学 光催化 电极 物理化学 电解质
作者
Xiao Liu,Zhi Chen,Suxian Xu,Guoquan Liu,Yong Zhu,Xiaoqiang Yu,Licheng Sun,Fei Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (43): 19770-19777 被引量:47
标识
DOI:10.1021/jacs.2c06273
摘要

In a photoelectrochemical (PEC) cell, the production of solar fuels such as hydrogen is often accompanied either by the oxidation of water or by the oxidation of organic substrates. In this study, we report bromide-mediated PEC oxidation of alkenes at a mesoporous BiVO4 photoanode and simultaneous hydrogen evolution at the cathode using water as an oxygen source. NaBr as a redox mediator was demonstrated to play a dual role in the PEC organic synthesis, which facilitates the selective oxidation of alkenes into epoxides and suppresses the photocorrosion of BiVO4 in water. This method enables a near-quantitative yield and 100% selectivity for the conversion of water-soluble alkenes into their epoxides in H2O/CH3CN solution (v/v, 4/1) under simulated sunlight without the use of noble metal-containing catalysts or toxic oxidants. The maximum solar-to-electricity efficiency of 0.58% was obtained at 0.39 V vs Ag/AgCl. The obtained epoxide products such as glycidol are important building blocks of the chemical industry. Our results provide an energy-saving and environment-benign approach for producing value-added chemicals coupled with solar fuel generation.
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