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第一作者：楊嘉睿

通訊作者：王定勝

通訊單位：清華大學

王定勝，清華大學化學系教授，2013年獲國家優秀青年基金，2023年獲國家杰出青年基金。研究方向：納米材料制備與性能、金屬納米催化。

論文速覽

氯堿工業需要消耗著巨大的能量（約165?TW h），引起了學術界和工業界的極大興趣，其中陽極反應涉及氯離子的氧化是決定反應速率的關鍵因素。盡管二維穩相陽極（DSA）表現出優異的催化活性和壽命，但它們依賴于貴金屬，并在次氯酸鈉（NaClO）生產中表現出不可忽視的副反應，突顯了無金屬替代品的吸引力。然而，目前可用的分子和系統具有復雜的結構特點，不適用于大規模生產。

本研究開發了一種經濟高效的三乙烯二胺（TEDA，記為2N）單分子催化劑，其在產生氯氣（Cl₂）和次氯酸鈉（NaClO）的COP中展現出了優越的性能，僅需92 mV即可達到1000mA cm^-2的電流密度，且成本僅為0.002美元/克。此外，作者還提出了一種基于非共價相互作用的新機制，為設計高效的COP陽極提供了新的思路。

圖文導讀

圖1：氯-相關工業的示意圖。

圖2：在酸性和中性介質中對COP的電化學測試結果。

圖3：實驗驗證了2N在反應中的結構-活性關系。

圖4：理論計算驗證了2N在反應中的機制。

總結展望

本研究的亮點在于開發了新型的無金屬有機分子催化劑2N，其在氯離子氧化過程中，展現了與DSA相當的催化效率和選擇性，同時在NaClO生產中表現出更高的選擇性，顯著降低了后續分離過程的成本。2N的無金屬特性大幅降低了陽極成本，使其成為DSA的一個有潛力的替代品。

此外，2N的非共價相互作用機制，被證實是其高催化活性的驅動力。本工作不僅為氯-相關工業提供了高效的選擇，也為有機電催化劑在無機電化學領域的應用開辟了新的途徑。

文獻信息

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

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：10.1002/anie.202406883

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