【文章概述】
自工业革命以来,经济发展的同时也带来了很大的弊端。巨大的能耗和过多的碳排放给我们带来了很多危害。绿色化学一直以来就是人们倡导的解决办法。由于大多数化学反应都是可逆的,所以这些反应遵循平衡定律。即在某种特定情况下,化学反应会达到平衡。在学化学反应原理的时候,我们知道提高化学反应的平衡转化率的手段有增加反应物浓度或者移除反应产物。工业生产乙酸乙酯(EA)时,在乙醇和乙酸等比例情况下,乙酸的平衡转化率被限制在62.5%。
【成果简介】
南京大学朱嘉教授团队基于一种基于磺酸官能化氧化石墨烯气凝胶的光热催化系统,以提高酯化的产率,且无需过量的反应物或脱水剂。由于局部光热加热和不同的分子键亲和力,生成的产物从反应位点蒸发,导致反应物局部过量,从而热力学驱动反应,更有利于酯的生成。实验结果证明,乙酸转化率达到77%,明显高于62.5% 的理论极限。经过理论分析,即使在实际工业酯化反应中,其在产品分离能耗方面具有显着优势。该策略也可以应用于热催化、硝化、酰化和其他化学品的合成等各个领域。
【图文导图】
图1 常规酯化反应与基于界面光热催化酯化反应的比较。
图2氧化石墨烯气凝胶作为界面光热催化材料的制备和表征。
图3氧化石墨烯气凝胶的催化性质。
图4氧化石墨烯气凝胶对反应物和产物的原位分离特性。
图5氧化石墨烯气凝胶催化剂在各种酯化工艺中的应用。
【奇材馆点评】
总而言之,作者实现一种利用氧化石墨烯气凝胶进行光热催化促进乙酸乙酯合成的方法。一方面光照在气凝胶中提供酯化反应所需的足够的热量,另一方面也促进乙酸乙酯比反应物更快的蒸发,从而促进乙酸和乙醇合成乙酸乙酯反应中产物的移除,使得酯化反应的平衡不断向右移动,从而提高乙酸乙酯的平衡产率。未来该策略有望应用于乙酸乙酯合成工业中,为降低能耗和控制成本提供可能。
【论文信息】
Greener and higher conversion of esterification via interfacial photothermal catalysis |
Nature Sustainability:(IF=19.346) |
Pub Date :2022.1.13 |
https://doi.org/10.1038/s41893-021-00841-0 |
Pengcheng Yao, Han Gong, Zhen-Yu Wu, Hanyu Fu, Bo Li, Bin Zhu, Jiawei Ji, Xueyang Wang, Ning Xu, Changjin Tang, Huigang Zhang & Jia Zhu |
National Laboratory of Solid State Microstructures, College of Engineering and Applied Sciences, Jiangsu Key Laboratory of Artificial Functional Materials, Frontiers Science Center for Critical Earth Material Cycling, Nanjing University, Nanjing, P. R. China |
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