JACS：苯酚和水同时生成环己酮和苯醌的电化学策略
Nanoyu
环己酮和苯醌是化工和制造业中的重要化学品。由苯酚和水反应同时生产环己酮和苯醌是经济生产这两种化学品的理想途径。原则上，这可以在一个电化学反应体系中实现，苯酚的阴极还原为环己酮和苯酚的阳极氧化为苯醌，然而，这一点尚未实现。
近日，中科院化学研究所韩布兴院士，Qinglei Meng报道了开发了一个包括苯酚的电催化还原和苯酚的电催化氧化两个半反应的综合电化学策略，成功实现了两个苯酚分子和一个水分子的反应，以100%的原子效率合成了环己酮和苯醌。
文章要点
1）将设计的氮掺杂的多孔碳负载的NiPt和FeRu分别是作为阴极和阳极双金属催化剂。结果显示，其对环己酮和苯醌的选择性均超过>99.9%，产率分别为115.6和164.1 mol h−1 mol−1。而电催化集成策略所需的电能消耗低于独立运行的半电池之和的一半。
2）研究人员在原位拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱研究的基础上，提出了电催化反应的机理。催化剂的优异性能归因于NiPt合金纳米粒子对环己酮和铁单原子修饰的Ru纳米粒子对苯醌的吸附能力较差，避免了目标产物的过度还原和氧化。
3）在1 g规模的放大实验中，该集成体系在90 h的操作时间内同时获得了645.3 mg环己酮和691.7 mg苯醌，同时没有任何其他有机副产物，并且NiPt/NHPC和FeRu/NHPC具有良好的耐久性和稳定性。
这项工作为通过阴极和阳极反应的耦合将可再生碳资源高效、经济地电化学转化为高附加值化学品开辟了道路。同时，阴极和阳极反应耦合的策略可以用于探索其他高效的电化学反应，从而显著降低能耗。
参考文献
Ruizhi Wu, et al, Electrochemical Strategy for the Simultaneous Production of Cyclohexanone and Benzoquinone by the Reaction of Phenol and Water, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.1c09021
https://doi.org/10.1021/jacs.1c09021