清华大学王定胜教授，最新Angew

第一作者：杨嘉睿

通讯作者：王定胜

通讯单位：清华大学

王定胜，清华大学化学系教授，2013年获国家优秀青年基金，2023年获国家杰出青年基金。研究方向：纳米材料制备与性能、金属纳米催化。

论文速览

氯碱工业需要消耗着巨大的能量（约165 TW h），引起了学术界和工业界的极大兴趣，其中阳极反应涉及氯离子的氧化是决定反应速率的关键因素。尽管二维稳相阳极（DSA）表现出优异的催化活性和寿命，但它们依赖于贵金属，并在次氯酸钠（NaClO）生产中表现出不可忽视的副反应，突显了无金属替代品的吸引力。然而，目前可用的分子和系统具有复杂的结构特点，不适用于大规模生产。

本研究开发了一种经济高效的三乙烯二胺（TEDA，记为2N）单分子催化剂，其在产生氯气（Cl2）和次氯酸钠（NaClO）的COP中展现出了优越的性能，仅需92 mV即可达到1000mA cm-2的电流密度，且成本仅为0.002美元/克。此外，作者还提出了一种基于非共价相互作用的新机制，为设计高效的COP阳极提供了新的思路。

图文导读

图1：氯-相关工业的示意图。

图2：在酸性和中性介质中对COP的电化学测试结果。

图3：实验验证了2N在反应中的结构-活性关系。

图4：理论计算验证了2N在反应中的机制。

总结展望

本研究的亮点在于开发了新型的无金属有机分子催化剂2N，其在氯离子氧化过程中，展现了与DSA相当的催化效率和选择性，同时在NaClO生产中表现出更高的选择性，显著降低了后续分离过程的成本。2N的无金属特性大幅降低了阳极成本，使其成为DSA的一个有潜力的替代品。

此外，2N的非共价相互作用机制，被证实是其高催化活性的驱动力。本工作不仅为氯-相关工业提供了高效的选择，也为有机电催化剂在无机电化学领域的应用开辟了新的途径。

文献信息

标题：A Simple Organo-electrocatalysis System for the Chlor-related Industry

期刊：Angewandte Chemie International EditionDOI：10.1002/anie.202406883