Un gran avance en la electrooxidación del propileno

31 de mayo de 2023

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por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Geng Zhigang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) diseñó un catalizador molecular que puede sufrir una interconversión dinámicamente reversible para la electrooxidación de propileno en 1,2-propilenglicol. Este trabajo fue publicado en Journal of the American Chemical Society.

El 1,2-propilenglicol (PG) es un material químico importante. La producción tradicional de PG incluye la oxidación del propileno en óxido de propileno y la hidrólisis del óxido de propileno en PG. En este proceso se utiliza cloro altamente contaminante como oxidante y la hidrólisis del óxido de propileno requiere alta temperatura o condición ácida.

Por el contrario, la electrooxidación en un solo paso del propileno a 1,2-propanodiol no solo simplifica el proceso de producción, sino que también evita el uso de cloro gaseoso al usar agua como fuente de oxígeno, lo que reduce la contaminación y el costo de la energía.

En la electrooxidación de propileno en PG, la generación de *OH y el acoplamiento de *OH y propileno son dos pasos clave. La fuerte adsorción del catalizador a *OH favorece la disociación de H2O en *OH, mientras que la débil adsorción favorece el acoplamiento de *OH y propileno. Dicho proceso da como resultado una relación de escala de la energía de unión de *OH sobre los catalizadores, lo que restringe severamente el rendimiento catalítico para la electrooxidación de propileno.

Los investigadores diseñaron un catalizador molecular Ag pirazol (AgPz) con una estructura de interconversión dinámicamente reversible. Debido al enlace de hidrógeno entre el NH pirrólico y *OH, AgPz con una estructura de NH pirrólico tiene una fuerte adsorción a *OH, promoviendo la disociación del agua para formar *OH. La estructura pirrólica NH es propensa a la desprotonación, lo que forma vacantes de H y conduce a la pérdida de enlaces de hidrógeno. AgPz con estructuras vacantes de H tiene una adsorción más débil a *OH, lo que a su vez acelera el acoplamiento de *OH y propileno.

Posteriormente, la vacante de H se recombina con hidrógeno, reformando AgPz con una estructura NH pirrólica. La interconversión dinámica conduce a una energía de unión variable de *OH sobre AgPz, lo que rompe la relación de escala y aumenta efectivamente la electrooxidación del propileno.

La evaluación del rendimiento mostró que a un potencial de trabajo de 2,0 V frente al electrodo Ag/AgCl, las tasas de rendimiento de PG usando AgPz como catalizador alcanzaron 288,9 mmol gcat-1 h-1, que es más de un orden de magnitud superior a la tasa más alta anterior .

Más información: Jingwen Ke et al, Interconversión dinámicamente reversible de catalizadores moleculares para la electrooxidación eficiente de propileno en propilenglicol, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c00660

Información del diario:Revista de la Sociedad Química Estadounidense

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