Unlocking Lattice Oxygen on Selenide-Derived NiCoOOH for Amine Electrooxidation and Efficient Hydrogen Production

化学 胺气处理 氧气 硒化物 制氢 格子(音乐) 无机化学 光化学 有机化学 声学 物理
作者
L. Chen,Zhao‐Hua Yin,Jun‐Yuan Cui,Chaoqun Li,Kepeng Song,Hong Liu,Jianjun Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (39): 27090-27099 被引量:66
标识
DOI:10.1021/jacs.4c09252
摘要

In pursuit of advancing the electrooxidation of amines, which is typically encumbered by the inertness of C(sp3)-H/N(sp3)-H bonds, our study introduces a high-performance electrocatalyst that significantly enhances the production efficiency of vital chemicals and fuels. We propose a novel electrocatalytic strategy employing a uniquely designed (NixCo1-x)Se2-R electrocatalyst, which is activated through Se-O exchange and electron orbital spin manipulation. This catalyst efficiently generates M4+ species, thus enabling the activation of lattice oxygen and streamlining the electrooxidation of amines. Empirical evidence from isotope labeling, molecular probes, and computational analyses indicates that the electrocatalyst fosters the formation of energetically favorable peroxy radical intermediates, which substantially expedite the reaction kinetics. The refined electrocatalyst achieves an exceptional current density of 20 mA cm-2 at a potential of 1.315 V, with selectivity surpassing 99% for propionitrile, while demonstrating remarkable stability over 560 h. This work emphasizes the criticality of deciphering the fundamental mechanisms of amine electrooxidation and charts a more sustainable pathway for the nitrile and hydrogen production, marking a substantial advancement in the field of electrocatalysis.
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