Selective Ethylene Glycol Oxidation to Formate on Nickel Selenide with Simultaneous Evolution of Hydrogen

乙二醇 格式化 催化作用 电催化剂 无机化学 草酸盐 化学 电化学 析氧 材料科学 有机化学 电极 物理化学
作者
Junshan Li,Luming Li,Xingyu Ma,Xu Han,Congcong Xing,Xueqiang Qi,Ren He,Jordi Arbiol,Hui-Yan Pan,Jun Zhao,Jie Deng,Yu Zhang,Yao‐Yue Yang,Andreu Cabot
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (15) 被引量:127
标识
DOI:10.1002/advs.202300841
摘要

There is an urgent need for cost-effective strategies to produce hydrogen from renewable net-zero carbon sources using renewable energies. In this context, the electrochemical hydrogen evolution reaction can be boosted by replacing the oxygen evolution reaction with the oxidation of small organic molecules, such as ethylene glycol (EG). EG is a particularly interesting organic liquid with two hydroxyl groups that can be transformed into a variety of C1 and C2 chemicals, depending on the catalyst and reaction conditions. Here, a catalyst is demonstrated for the selective EG oxidation reaction (EGOR) to formate on nickel selenide. The catalyst nanoparticle (NP) morphology and crystallographic phase are tuned to maximize its performance. The optimized NiS electrocatalyst requires just 1.395 V to drive a current density of 50 mA cm-2 in 1 m potassium hydroxide (KOH) and 1 m EG. A combination of in situ electrochemical infrared absorption spectroscopy (IRAS) to monitor the electrocatalytic process and ex situ analysis of the electrolyte composition shows the main EGOR product is formate, with a Faradaic efficiency above 80%. Additionally, C2 chemicals such as glycolate and oxalate are detected and quantified as minor products. Density functional theory (DFT) calculations of the reaction process show the glycol-to-oxalate pathway to be favored via the glycolate formation, where the CC bond is broken and further electro-oxidized to formate.
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