Elektrooxidation von Alkoholen gekoppelt mit H2-Produktion bei hohen Stromdichten, gefördert durch einen kooperativen Katalysator

Die elektrochemische Oxidation von Alkohol bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Herstellung wertvoller Chemikalien und zur Erleichterung der gekoppelten H2-Produktion. Jedoch ist die entsprechende Stromdichte bei moderatem Zellpotential sehr niedrig, was die gesamte Produktivität erheblich einschränkt. Hier berichten wir über die Elektrooxidation von Benzylalkohol gekoppelt mit H2-Produktion bei hoher Stromdichte (540 mA cm-2 bei 1.5 V vs. RHE) über einen kooperativen Katalysator aus Au-Nanopartikeln, die auf Kobalt-Oxyhydroxid-Nanosheets (Au/CoOOH) unterstützt sind. Der absolute Strom kann weiterhin 4,8 A bei 2,0 V in einem realistischeren membranfreiem Fließ-Elektrolyseur erreichen. Experimentelle und theoretische Ergebnisse deuten darauf hin, dass Benzylalkohol an der Au/CoOOH-Oberfläche angereichert und durch die elektrophilen Sauerstoffspezies (OH*), die auf CoOOH erzeugt werden, oxidiert werden kann, was zu einer höheren Aktivität als bei reinem Au führt. Basierend auf der Erkenntnis, dass der Katalysator bei anodischem Potential/offener Schaltung reversibel oxidiert/reduziert werden kann, entwerfen wir eine Strategie mit intermittierendem Potential (IP) für die Langzeit-Elektrooxidation von Alkohol, die eine hohe Stromdichte (>250 mA cm-2) über 24 Stunden mit gesteigerter Produktivität und vermindertem Energieverbrauch erreicht.