一种磁场下基于镍电极调控Kolbe电解反应选择性的电化学方法

本发明涉及电化学领域，特别涉及一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法。

背景技术：

1、传统上对于电化学的机理研究主要围绕电子的电荷性质来进行，研究电荷转移和能量转移过程等，而有关电子自旋在电化学领域的研究尚且较少，现有的文献主要也是围绕在电催化氧气生成(oer)反应体系，由于在oer反应中作为底物的水和作为产物的氧气具有不同的磁性质，可以通过将磁场作用于磁性材料对反应中的电子转移进行选择性调控，提高反应效率。

2、而在有机电化学的领域，鲜有关于利用磁场对化学选择性的调控。kolbe电解反应在有机电化学领域作为研究许久的反应类型，涉及自由基的产生，具备使用磁场进行调控的潜力。简单来说，kolbe电解反应就是两分子羧酸在电极表面发生脱羧生成碳自由基，同时释放一分子二氧化碳，自由基发生偶联反应，形成csp3–csp3键。由于脂肪酸广泛存在于生物质，因此kolbe电解的一大应用是生物质及其衍生物的有效电转化，生成可替代石油燃料的生物质燃料，以缓解现阶段的能源危机。但目前受限于化学选择性低以及对贵金属电极(如铂)的依赖，该反应的应用进程一直受到阻力。而对反应施加磁场条件以及采用价格便宜的镍电极进行选择性调控，将为kolbe反应在工业化进一步提升应用空间提供了新思路。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决kolbe电解反应在工业上推广应用困难而提出了一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法。

2、本发明针对上述问题提供的技术方案是一种使用镍电极作为工作电极，在外加磁场下对羧酸kolbe电解进行选择性调控的手段。

3、一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，包括以下步骤：

4、(1)电解液配置：配置以羧酸为底物，4-二甲氨基吡啶作为支持电解质，乙腈为溶剂的电解液；

5、(2)kolbe电解实验进行：实验采用三电极体系，其中，工作电极为镍电极，对电极为铂电极，参比电极为银丝，在室温条件下，取所述电解液加入三颈反应池中，对体系施加磁场，将体系放置于充满ar的手套箱内，进行恒电压电解，记录通过电量，当体系通过3c电量时停止电解。

6、优选的，所述磁场的强度为2200-4200gs。

7、优选的，使用钕铁硼磁铁作为磁场来源对体系施加磁场。

8、优选的，所述羧酸为碳原子个数从5到12的直链脂肪酸。

9、优选的，所述羧酸为辛酸、壬酸和庚酸中的一种或多种。

10、优选的，所述电解液中，羧酸的浓度为0.1-0.2m，进一步优选为0.1m。

11、优选的，所述电解液中，4-二甲氨基吡啶的浓度为0.02-0.04m，进一步优选为0.02m。

12、优选的，所述电解的电压为4.0-5.6v。

13、优选的，使用bio logic电化学工作站的直流电源进行4.8v vs ag/ag+恒电压电解。

14、优选的，所述电极的预处理包括以下步骤：将镍片、铂片裁剪成方形片，分别在丙酮、无水乙醇、超纯水溶剂中超声去除表面杂质，每次超声间隙用氮气吹扫干燥，操作完成后使用金刚石抛光膏进行表面抛光，并用无纺布进行擦拭，最后再用乙醇洗去表面抛光膏，再用无纺布擦拭待用。

15、与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

16、(1)本发明使用外加磁场进行选择性调控，不需要额外添加催化剂或更换溶剂体系，具有操作简单、对体系影响小、方便后处理、绿色环保等优点。

17、(2)本发明在电极系统中使用镍电极作为工作电极也具有工业实用性，镍金属相比于铂金属具有价格便宜的优势。

18、(3)本发明使用镍电极作为工作电极，在外加磁场下对羧酸kolbe电解进行选择性调控的手段，将在工业上为kolbe电解反应的应用推广提供新的思路，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，所述磁场的强度为2200-4200gs。

3.根据权利要求1所述的一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，使用钕铁硼磁铁作为磁场来源对体系施加磁场。

4.根据权利要求1所述的一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，所述羧酸为碳原子个数从5到12的直链脂肪酸。

5.根据权利要求4所述的一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，所述羧酸为辛酸、壬酸和庚酸中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，所述电解液中，羧酸的浓度为0.1-0.2m。

7.根据权利要求1所述的一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，所述电解液中，4-二甲氨基吡啶的浓度为0.02-0.04m。

8.根据权利要求1所述的一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，所述电解的电压为4.0-5.6v。

9.根据权利要求1所述的一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，使用bio logic电化学工作站的直流电源进行4.8v vs ag/ag+恒电压电解。

10.根据权利要求1所述的一种磁场下基于镍电极调控kolbe电解反应选择性的电化学方法，其特征在于，所述电极的预处理包括以下步骤：将镍片、铂片裁剪成方形片，分别在丙酮、无水乙醇、超纯水溶剂中超声去除表面杂质，每次超声间隙用氮气吹扫干燥，操作完成后使用金刚石抛光膏进行表面抛光，并用无纺布进行擦拭，最后再用乙醇洗去表面抛光膏，再用无纺布擦拭待用。

技术总结本发明公开了一种磁场下基于镍电极调控Kolbe电解反应选择性的电化学方法，属于电化学领域。本发明在外加磁场作用下使用铁磁性材料镍作为工作电极，对羧酸Kolbe反应进行选择性调控，最终使得偶联产物和过氧化产物选择性的降低，短链烷烃选择性的提高。本方法首次在有机羧酸电化学氧化领域利用镍电极在磁场下的磁性质进行选择性的调控，将有助于自旋电子学在电化学催化领域开辟新的研究方向，也为工业上生成有价值的生物质原料提供新的思路。技术研发人员：蒋尚达,陈博宇,周礼楠受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4