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成果介紹

電化學可以提供一種有效和可持續的方法來處理被氯化有機化合物污染的環境水質。然而，由于缺乏一種可以選擇性地將水溶液中的1,2-二氯乙烷(DCA)轉化為乙烯的催化劑，DCA的電化學轉化目前仍然面臨著巨大挑戰。

耶魯大學王海梁教授、Menachem Elimelech院士，加州理工學院William A. Goddard III院士等人報道了一種由酞菁鈷(CoPc)分子組裝在多壁碳納米管上的催化劑，可以以高電流和能量效率進行DCA的電催化轉化。結果顯示，該催化劑可以在寬的電極電位和反應物濃度范圍內、以高的生成速率形成乙烯產物，法拉第效率接近~100%。

動力學研究和DFT計算表明，速率決定步驟是第一次C-Cl鍵的斷裂，它不涉及質子，CoPc/CNT能有效催化DCA脫氯和抑制析氫反應。催化劑的納米管結構使其可進一步制備成流通式的帶電膜，并在實際的環境水樣中進行測試，結果顯示DCA去除率大于95%。

相關工作以Efficient electrocatalytic valorization of chlorinated organic water pollutant to ethylene為題在Nature Nanotechnology上發表論文。

背景介紹

1,2-二氯乙烷(DCA)是世界上生產最廣泛的化學品之一。僅在美國，2019年就生產了約1000萬噸DCA。DCA的典型工業用途是制造藥物、特種表面活性劑、功能化聚合物和其他精細化工產品。在生產和利用過程中，DCA會釋放到環境中。在美國，據估計，2019年共有約183噸DCA無意中排放到環境中。不幸的是，DCA是一種有毒的環境污染物。吸入或攝入DCA會損害肝、腎、肺等重要器官，以及神經、心血管和免疫系統。

在水溶液中有效分解DCA的常規方法是生物修復。然而，這一過程在去除環境中的DCA污染物方面是相對緩慢的。據報道，DCA在好氧水中的半衰期為~100天，在厭氧水中為~400天。值得注意的是，電化學DCA脫氯技術可由可再生電力驅動，是一種具有成本競爭力和環保的策略，可以去除DCA污染物，同時生產乙烯。

圖文介紹

圖1 CoPc/CNT催化劑的表征

圖2 電催化DCA脫氯

圖3 CoPc催化DCA脫氯的DFT計算

圖4 CoPc/CNT功能化的電化學膜用于處理含DCA污染物的水質

本研究證明了通過開發更好的催化劑來解決電化學處理水中氯化有機污染物的挑戰的可能性。本文提出的CoPc/CNT催化劑在寬電極電位和DCA濃度范圍內，在水溶液中電化學DCA分解成乙烯時表現出接近100%的FE和高的反應速率。動力學研究和DFT計算表明，RDS為第一步脫氯過程，而CoPc/CNT能有效地還原DCA，并有效地抑制催化劑上的HER。此外，將CoPc/CNT制成帶電流動膜中，可以從模擬水樣中去除95%的DCA，顯示出廣泛的應用前景。

文獻信息

Efficient electrocatalytic valorization of chlorinated organic water pollutant to ethylene，Nature Nanotechnology，2022.

https://www.nature.com/articles/s41565-022-01277-z

原創文章，作者：v-suan，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/10/15/6547f1b3a8/

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