プロピレンの電気酸化における画期的な進歩

2023年5月31日

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中国科学技術大学による

中国科学技術大学（USTC）のGeng Zhigang教授率いる研究チームは、プロピレンを1,2-プロピレングリコールに電気酸化するために動的に可逆的な相互変換が可能な分子触媒を設計した。 この研究はJournal of the American Chemical Societyに掲載されました。

1,2-プロピレングリコール (PG) は重要な化学物質です。 PG の伝統的な製造には、プロピレンのプロピレンオキシドへの酸化と、プロピレンオキシドの PG への加水分解が含まれます。 このプロセスでは、汚染度の高い塩素が酸化剤として使用され、プロピレンオキシドの加水分解には高温または酸性条件が必要です。

対照的に、プロピレンから 1,2-プロパンジオールへの 1 段階電解酸化は、製造プロセスを簡素化するだけでなく、酸素源として水を使用することで塩素ガスの使用を回避し、汚染とエネルギーコストを削減します。

プロピレンから PG への電解酸化では、*OH の生成と *OH とプロピレンのカップリングが 2 つの重要なステップです。 *OH への触媒の強い吸着は、H2O から *OH への解離に有利に働きますが、弱い吸着は *OH とプロピレンのカップリングに有利に働きます。 このようなプロセスにより、触媒に対する *OH の結合エネルギーのスケーリング関係が生じ、プロピレンの電解酸化の触媒性能が大幅に制限されます。

研究者らは、動的に可逆的な相互変換構造を備えた銀ピラゾール分子触媒 (AgPz) を設計しました。 ピロール性 NH と *OH 間の水素結合により、ピロール性 NH 構造を持つ AgPz は *OH に強力に吸着し、水の解離を促進して *OH を形成します。 ピロール性 NH 構造は脱プロトン化されやすく、これにより H 空孔が形成され、水素結合の喪失につながります。 H 空孔構造を持つ AgPz は *OH への吸着が弱いため、*OH とプロピレンのカップリングが促進されます。

続いて、H 空孔が水素と再結合し、ピロール性 NH 構造を持つ AgPz が再形成されます。 動的相互変換により、AgPz 上の *OH の結合エネルギーが変化し、スケーリング関係が崩れ、プロピレンの電気酸化が効果的に増加します。

性能評価の結果、Ag/AgCl 電極に対して 2.0 V の動作電位で、触媒として AgPz を使用した PG の収率が 288.9 mmol gcat-1 h-1 に達し、これは以前の最高収率よりも 1 桁以上高いことがわかりました。 。

詳しくは： Jingwen Ke et al、Dynamically Reversible Interconversion of Molecular Catalysts for Efficient Electrooxydation of Propylene into Propylene Glycol、Journal of the American Chemical Society (2023)。 DOI: 10.1021/jacs.3c00660

雑誌情報:アメリカ化学会誌

中国科学技術大学提供