新华社北京10月21日电(记者刘祯、王莹)记者从中国科学院金属研究所获悉,该所研究团队在工业级电流密度下电催化甘油氧化技术上取得突破,通过在反应液中添加微量铜离子,可有效解决催化剂在工业级大电流密度下的失效难题,大幅提升产物效率与稳定性。相关论文成果21日在国际学术期刊《自然-可持续发展》上发表。

  甘油作为生物柴油产业的副产物,经氧化可升级为药物、食品、护肤品及面料的重要原料。传统的热催化甘油氧化污染大、能耗高,而电催化甘油氧化技术以水为氧化剂、以绿色电能为能量输入,为甘油氧化绿色升级提供了新路径。

  然而,电催化甘油氧化技术走向产业应用面临一大瓶颈:在工业级的大电流密度下,钴、镍等常用金属氧化物催化剂易发生氧化非晶化,催化剂的表面像被"电糊了"一样变得松散、无序。这不仅使生产目标产物的效率大幅下降,还浪费电能与原料。

  针对这一挑战,研究团队在反应液中添加微量铜离子,在反应过程中这些铜离子能在两种价态间灵活切换,如同一层"动态铠甲",可有效维持催化剂表面的晶体结构,从而抑制非晶化。

  经测试,铜离子的引入显著提升了甘油氧化的产物效率,在6×6平方厘米的电极下,每小时可生产13.2克氧化产物,且能连续稳定运行超100小时,展现出大规模应用的工业化潜力。