电位循环策略优化乙二醇电化学转化！

【研究背景】

随着可再生能源需求的增加，乙二醇（EG）作为一种重要的有机化学品，其高效氧化反应（EGOR）引起了广泛关注。EG广泛用于聚酯和其他化学品的合成，但其氧化过程中的低反应效率和选择性成为了研究中的主要挑战。因此，开发高效、稳定的催化剂以提升EGOR性能显得尤为重要。在此背景下，研究者们探索了贵金属催化剂的潜力，尤其是钯（Pd）催化剂在电化学氧化反应中的应用。近期的研究表明，使用钯基催化剂（如Pd/NF）在电流和电位循环策略下，能够显著提高EG的转化率和选择性。

为了解决催化剂在反应过程中的失活问题，上海交通大学物质科学原位中心陈立桅课题组以及化学化工学院徐鹏涛、Xi Liu等人携手采用了电位循环和原位表面增强拉曼光谱（SERS）等技术，深入探讨了催化剂表面的变化及其影响。实验结果显示，优化的电化学条件不仅改善了催化剂的稳定性，还增强了反应的法拉第效率。进一步的表征分析，如X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收精细结构（XAFS），揭示了催化剂在反应过程中结构和电子特性的演变。这些研究不仅为EG的高效氧化反应提供了新的理论基础和技术路径，也为其他有机化合物的电化学转化研究提供了借鉴，推动了绿色化学的进步。

【表征解读】

本文通过多种先进的表征手段对Pd/NF的结构特性及其在电化学氧化反应中的表现进行了深入分析，揭示了其在乙二醇氧化反应中的优异性能。具体而言，使用日立HF5000显微镜获取的扫描透射电子显微镜（STEM）图像，展现了Pd/NF的纳米结构特征，这为理解其高催化活性提供了重要依据。此外，利用克拉托斯Axis Ultra DLD进行的X射线光电子能谱（XPS）分析，确定了Pd/NF表面的化学状态和组成，进一步揭示了其催化反应中的反应位点。

针对Pd/NF在电化学反应中表现出的优异催化特性，本文通过原位表征手段揭示了电化学氧化反应（EGOR）的微观机理。高效液相色谱（HPLC）分析了乙二醇的电化学氧化产物，提供了催化过程中的关键反应路径数据。这一过程的研究，揭示了Pd/NF在不同电位下催化反应的选择性和效率，为设计更高效的催化剂提供了理论基础。

在此基础上，结合扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS），对Pd/NF电极在不同电化学条件下的表面形态变化进行了观察。结果显示，在电位循环和持续电流的作用下，Pd的表面结构发生了显著变化，这与其催化性能的衰退密切相关。这一发现为理解贵金属催化剂的失活机制提供了新的视角，有助于开发更为稳定的电催化材料。

【图文速递】

图1：Pd/NF的结构特征及其在恒电位下的EGOR性能。

图2：贵金属在CP-EGOR下的失活机制。

图3：Pd/NF在电位循环策略下的EGOR性能。

图4：EPC-EGOR下贵金属表面的演变。

图5：EPC-EGOR的参数控制与稳定性。

图6：流动池系统中CP模式与EPC模式下的EGOR比较。

【科学启迪】

本文的研究为电化学氧化反应（EGOR）提供了新的思路，展示了在催化剂设计与性能优化方面的重要进展。通过对Pd/NF电极的表征与性能评估，揭示了其在乙二醇氧化过程中的优越表现，并分析了不同电化学条件对催化活性的影响。这些发现不仅有助于理解贵金属催化剂的去活化机制，也为提高电催化效率提供了指导。特别是在采用循环电位策略（EPC）时，Pd/NF显示出显著的稳定性与可逆性，表明优化电化学条件能够有效延长催化剂的使用寿命。此外，本文通过高效液相色谱（HPLC）和原位表面增强拉曼光谱（SERS）等先进技术，实现了对反应产物的精准分析，进一步深化了对反应机制的认识。整体而言，研究不仅为贵金属催化剂在能源转化领域的应用提供了新思路，也为未来的催化剂设计与优化提供了理论基础，推动了电化学领域的进一步发展。

参考文献：Zhao, G., Lin, J., Lu, M. et al. Potential cycling boosts the electrochemical conversion of polyethylene terephthalate-derived alcohol into valuable chemicals. Nat Commun 15, 8463 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-52789-2