IT之家 10 月 21 日消息，甘油是生產(chǎn)生物柴油過(guò)程中大量產(chǎn)生的副產(chǎn)品。如果能高效、環(huán)保地將甘油氧化轉(zhuǎn)化，它就能“變廢為寶”，升級(jí)成為制造藥物、食品添加劑、護(hù)膚品以及高端面料的重要原材料。
然而，傳統(tǒng)熱催化甘油氧化過(guò)程依賴高溫高壓的反應(yīng)條件，使用有毒氧化劑和溶劑，污染大、能耗高，限制了其可持續(xù)發(fā)展?；诖?，電催化甘油氧化（GOR）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
該技術(shù)以水為氧化劑，以綠色電能為能量輸入，不僅為甘油綠色氧化升級(jí)提供了新路徑，還可替代電解水制氫過(guò)程中的高能耗析氧反應(yīng)，降低系統(tǒng)能耗，實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)高值化學(xué)品的同時(shí)高效制備綠氫，具有顯著的科學(xué)研究?jī)r(jià)值與應(yīng)用前景。
中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的研究團(tuán)隊(duì)近期在綠色化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域取得重要突破。他們成功解決了電催化甘油氧化技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的一項(xiàng)關(guān)鍵難題，使得這項(xiàng)以水為氧化劑、利用綠色電能的環(huán)保工藝，有望真正走向大規(guī)模生產(chǎn)。
IT之家查詢獲悉，相關(guān)研究成果已于 10 月 21 日發(fā)表在《自然-可持續(xù)發(fā)展》上。太陽(yáng)能與氫能材料研究部博士研究生李云龍為論文第一作者。
相比于傳統(tǒng)依靠高溫高壓的熱催化氧化方法，電催化甘油氧化技術(shù)直接利用水和電能，過(guò)程清潔且低碳，是一條極具前景的綠色升級(jí)路徑。
然而，這項(xiàng)技術(shù)在向工廠大規(guī)模應(yīng)用推進(jìn)時(shí)遭遇了重大障礙。工業(yè)級(jí)生產(chǎn)需要施加很強(qiáng)的電流（即大電流密度），但在這種高強(qiáng)度條件下，常用的鈷、鎳等金屬氧化物催化劑會(huì)變得不穩(wěn)定，表面結(jié)構(gòu)會(huì)像被“電糊了”一樣松散、無(wú)序（發(fā)生氧化非晶化）。這種失效不僅導(dǎo)致生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物的效率大幅下降，更白白浪費(fèi)了寶貴的電能和原料甘油，成為產(chǎn)業(yè)化路上的“攔路虎”。
面對(duì)這一挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所太陽(yáng)能與氫能材料研究團(tuán)隊(duì)提出了一種通過(guò)引入 Cu2+抑制過(guò)渡金屬氧化物表面非晶化的新策略（Cu-GOR）。
相關(guān)研究結(jié)果表明，在電解液中添加微量 Cu2+（相當(dāng)于反應(yīng)物濃度的 1%），利用 Cu2+/Cu+在電催化氧化過(guò)程中的可逆氧化還原，可有效維持催化材料晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，抑制過(guò)渡金屬氧化物催化材料的表面非晶化過(guò)程。
以泡沫鎳負(fù)載 Co3O4 催化材料為例，在 800 mA cm?2的工業(yè)級(jí)電流密度下，Cu2+的引入使目標(biāo)產(chǎn)物甲酸的法拉第效率從 62.2% 提高至 99.3%，性能顯著優(yōu)于已報(bào)道的催化材料。
同時(shí)，該催化材料和反應(yīng)體系易于放大，6×6 c㎡電極材料的甘油氧化產(chǎn)物收率達(dá)到 13.2 g h?1，穩(wěn)定性超過(guò) 100 小時(shí)。該策略還可擴(kuò)展至其他過(guò)渡金屬氧化物（如鎳基材料）及多種生物質(zhì)電氧化反應(yīng)體系（如 5-羥甲基糠醛電氧化），為推進(jìn)生物質(zhì)電催化技術(shù)在綠色氫能產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用提供了新思路。
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