——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報(bào)
近日,中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物能源化學(xué)品研究組研究員王峰與副研究員賈秀全團(tuán)隊(duì)在微液滴化學(xué)研究方面取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)利用微液滴的起電-放電現(xiàn)象,開發(fā)出水相電化學(xué)選擇性脫氯策略,并將二氯乙烷轉(zhuǎn)化為聚合物單體氯乙烯。
近年來,關(guān)于微液滴驅(qū)動的氧化還原反應(yīng)的研究快速發(fā)展,但科研人員對反應(yīng)過程中的電子轉(zhuǎn)移機(jī)制仍認(rèn)識不足。前期,該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了液-液和固-液微界面的構(gòu)建方法,提出了微液滴界面電子轉(zhuǎn)移過程的調(diào)控方法,并逐步建立了微液滴帶電界面與氧化還原性質(zhì)之間的關(guān)系。
基于上述成果,該團(tuán)隊(duì)在封閉環(huán)境中通過超聲驅(qū)動水在微液滴、水汽及體相之間快速轉(zhuǎn)變,制備出具有交流電壓的人造云,并實(shí)現(xiàn)了二氯乙烷的電化學(xué)選擇性脫氯反應(yīng)。研究通過云水中的電壓和電流測量證實(shí)——尺寸較大的微液滴帶正電;水汽中尺寸較小的亞微米液滴帶負(fù)電;兩種液滴具有不同的擴(kuò)散行為和空間分布。研究發(fā)現(xiàn),通過封閉環(huán)境限制亞微米液滴的擴(kuò)散空間,可以增強(qiáng)液滴之間的起電作用和放電作用。同時(shí),電子順磁共振譜表征發(fā)現(xiàn),電子轉(zhuǎn)移參與液滴的起電和放電過程,導(dǎo)致體相表面富集氫自由基,而微液滴富集羥基自由基。進(jìn)一步,研究通過電子順磁共振譜、液相色譜-高分辨率質(zhì)譜、氣相色譜等表征方法證明,水中的二氯乙烷在體相表面附近發(fā)生還原脫氯,生成氯乙基自由基中間體。進(jìn)而,該中間體隨著霧化過程進(jìn)入微液滴,并在其中加速氧化脫氫,生成氯乙烯。由于水在微液滴、水汽及體相之間快速轉(zhuǎn)變,避免了反應(yīng)物和中間體的擴(kuò)散限制,可提高超聲霧化作用下氯乙烯的生成速率和選擇性。與超聲空化作用相比,超聲霧化作用的速率提升兩個(gè)數(shù)量級,而氯乙烯在C2氣體產(chǎn)物中的選擇性最高可達(dá)80%左右。上述成果有望助力有機(jī)氯廢水的升級利用。
相關(guān)研究成果以Microdroplet-mediated multiphase cycling in a cloud of water drives chemoselective electrolysis為題,發(fā)表在《美國化學(xué)會志》(JACS)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。
大連化物所實(shí)現(xiàn)微液滴化學(xué)脫氯制氯乙烯
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