嘉庚创新实验室郑南峰院士、胡程奕副研究员、苏翔宇副研究员团队开发了电化学再生高锰酸根离子原位耦合氧化反应合成硫酸乙烯酯的新路线，相关成果以“In situ electrochemical regeneration of permanganate ion for sustainable oxidation reactions”为题发表在Joule上，并被选为封面文章。
硫酸乙烯酯（DTD）是一种广泛使用的锂离子电池电解液添加剂，能有效提高电池的充放电性能和循环寿命。随着锂离子电池行业的快速发展，DTD的年需求量已超过1万吨。目前DTD主要是通过次氯酸钠或过氧化氢等强氧化剂在特定催化剂的作用下氧化亚硫酸乙烯酯而得，面临着环境或安全方面的挑战。高锰酸钾（KMnO4）是一种常用的强氧化剂，目前工业上通过分步法将副产物二氧化锰（MnO2）氧化再生KMnO4，面临着能耗高和分离纯化成本高等问题。如何简化KMnO4再生过程并与后续氧化反应耦合仍然面临着很大的挑战。
图1.工业和电化学再生高锰酸钾示意图
项目团队发展了电化学再生高锰酸根离子原位耦合有机物氧化的方法，通过引入脉冲电位抑制MnO2沉积，实现了MnO4-介导的连续化电合成DTD。与目前工业再生高锰酸钾的方法相比，电化学再生具有一步法无需分离、条件温和、可再生能源驱动和水提供氧源等优点。在深入认识MnO4-介导电化学氧化机理的基础上，项目团队开发了钛电极非贵金属防腐涂层，解决了传统碳基阳极易氧化腐蚀的难题，大幅提升了有机电合成阳极的寿命。项目团队利用自主研发的关键材料研制了有效面积0.1 m2 和1 m2的电堆反应器，实现了DTD法拉第效率70%、收率80%、生产速率0.5 kg h-1的性能，并且在连续运行80小时过程中保持稳定，展示了MnO4-介导的电合成DTD方法具有大规模应用的潜力。此项工作报道的原位电化学再生策略为有机电化学合成提供了新途径，突出了电化学反应工程在推动电化学合成走向工业化应用过程中的关键作用。
图2.关键电极材料与反应器研发推动产业化应用
该研究工作在郑南峰院士、胡程奕副研究员和苏翔宇副研究员指导下完成，共同第一作者为胡程奕副研究员和2021级博士研究生赵子潇。该项工作得到了国家自然科学基金（22402067、92261207、22388102）、福建省自然科学基金（2024J09064）、嘉庚创新实验室人才培育项目（HRTP-[2022]-48）以及新基石科学基金等资助。
来源 | 嘉庚创新实验室编辑 | 童嘉烨
