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乙二醇是一種廣泛使用的商品化學品，其生產每年排放的CO₂超過4600萬噸。基于此，美國特拉華大學焦鋒教授、天津大學馬新賓教授和美國德克薩斯大學奧斯汀分校劉遠越教授等人報道了一種配對電催化方法，以甲醇為原料高效的生產乙二醇。碳催化劑以92%的法拉第效率（FE）將甲醛還原為乙二醇，而陽極Pt催化劑通過甲醇部分氧化生成甲醛，法拉第效率（FE）為75%。電解槽在100 mA cm^?2的電流密度下僅需3.2 V的全電池電壓下，能耗降低60%。

通過DFT計算，作者研究了反應機制，重點關注C-C耦合步驟，因為它可能是定義乙二醇形成選擇性的關鍵。作者發現兩個吸附的*CH₂OH之間的直接耦合在石墨烯基面上和邊緣位置都具有過高的活化能。相反，兩個解吸CH₂OH之間的耦合很容易，勢壘僅為0.28 eV。

更重要的是，CH₂OH從石墨烯基面上的解吸需要0.62 eV，在室溫下是可行的。結果表明，CH₂OH解吸在形成乙二醇過程中起重要作用。

作者比較了C、Cu和Pd之間CH₂OH的解吸能，以了解為什么碳是最好的催化劑。CH₂OH在Cu和Pd(111)表面的解吸能分別為1.43 eV和1.90 eV，遠高于碳表面的0.62 eV。因此，較強的吸附作用阻礙了通往乙二醇的途徑，并引導反應進一步氫化CH₂OH中間體，導致甲醇的形成。該低解吸能壘解釋了為什么碳是獨特的有利于乙二醇的形成，而Cu和Pd只對甲醇表現出選擇性。

Electrosynthesis of ethylene glycol from C₁ feedstocks in a flow electrolyzer. Nat. Commun., 2023, DOI:10.1038/s41467-023-40296-9.

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?三單位聯合Nature子刊：流動電解槽中C1原料電合成乙二醇

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