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电气化有机合成有回报吗?电-有机转化的能量效率

能源与可持续发展体积7，文章编号:42（2020）引用本文

摘要

有机合成的电气化是一个蓬勃发展的研究领域，受到了化工行业的广泛关注。这篇综述强调了电合成中其他相关文章很少涉及的方面:技术相关的电有机合成的能源消耗和能源效率。

本文列举了四个不同规模的例子。

在过去的几年里，电子有机合成经历了一次复兴。这篇综述讨论了电化学驱动转换的能源效率或能源需求，因为这是工业决策者考虑的一个关键参数。说明了决定能量效率的影响因素，并讨论了将电化学过程分类为“能量效率”需要什么。总结了电合成方法的典型优点，定义了电有机过程效率的特征方面，如电能消耗。描述了技术上实现良好的例子，以说明电化学方法的可能好处。此外，还强调了有前途的研究实例，并表明精细化学品的转化比化学合成燃料的电化学产生更有吸引力。

简介

有机电合成的第一次尝试可以追溯到170多年前。然而，电化学方法被低估了很长一段时间，并在过去几年经历了复兴。1，2许多当代社会问题和化学领域的问题都与可再生能源有关，避免温室气体和废物，以及替代化石资源。由于电化学可能提供更环保的化学路线，科学家们一直专注于电有机合成和转化，以支持可持续的生态足迹。1，3.，4

在21世纪，电化学及其应用将在工业中发挥重要作用，例如，在Baizer或Lysmeral过程中，也在商业世界中。5，6电化学有许多优点，例如在温和的条件下工作，避免腐蚀性和危险的试剂，使用可替代的原料。提高现有反应的选择性和启动新的化学转化是可能的。2，7，8

合成燃料的产生近年来引起了广泛关注。使用电流，CO2水被分解成能量载体，如甲醇或甲烷。在可再生资源发电的情况下，电力转燃料技术可能支持实施封闭的人工碳循环。

然而，从CO中电合成平台化学品如醇、乙烯和甲烷2大部分是通过使用铜基催化剂来实现的，铜基催化剂一方面能够生成C-C键，但另一方面也能同时产生各种碳氢化合物。得到的气态和液态组分是多组分混合物，需要昂贵的提纯。电解质大多是水性质的，提供相当小的浓度的醇和甲酸盐，这使得产品分离更加成本密集。由于这些产品的需求量很大，下游加工所需的资金成本以及运行成本都是巨大的。同时，平台化学品的销售价格较低，缩小了利润率。

相比之下，精细化学品的生产规模较小，但每公斤的收入要高得多。在精细化学品的生产中，电合成方法可能带来两个主要好处。由于反应是由电流驱动的，强而有害的氧化剂或还原剂，如LiAlH4可以省略，这样可以节省试剂成本和安全预防措施。值得注意的是，电子是最便宜和最通用的氧化还原试剂之一。此外，由于避免了试剂的浪费，电合成有助于促进下游处理。例如，在Baizer工艺中，每年生产30万吨己二腈。产物己二腈由于较低的混相性形成有机层，很容易从水电解质中分离出来。将分裂细胞的概念转化为未分裂细胞可以改善投资、维护和能源等成本因素。转化质量收率达90%以上，且己二腈和乙腈双相分离具有较高的成本效益。9

如图所示。1在美国，电化学方法可以提供不同领域的产品，如合成燃料、商品、精细化学品和专业产品。一个需要解决的重要方面，特别是对工业决策者来说，是电化学替代品是否在成本方面优于现有的工艺。在工艺开发中，能量方面的考虑尤其重要。因此，有必要回答用电作为化学反应的动力是否节能的问题。在这里，我们调查电气化有机合成是否有回报，在什么情况下它优于传统的化学方法。

图1所示。
图1

不同电有机产品的特性，按产量、电量、关键工艺方面的影响，如选择性和下游加工，以及预期收益。

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电化学转换的能量评价

电化学过程的评价涉及多个方面，而能量需求主要由施加的电池电压决定U细胞[这取决于施加的电流(我)，欧姆电阻(R细胞)，以及阳极和阴极氧化还原电位的差异(E阳极和阴极)]。

$ $ U_ {{\ rm细胞}}\;(\ hbox {V}) = E_ {{\ rm阳极}}-E_ {{\ rm阴极}}+ iR_ {{\ rm细胞}}$ $

虽然氧化还原电位和电流取决于电化学反应及其优化，但电池电阻取决于多个因素，包括电池设计(例如，电极间间隙)，电解质及其导电性，以及在阴极和阳极之间使用隔板(膜)。值得注意的是，在恒电位下进行电化学转换时，所有耗能贡献(分离器、欧姆电阻和过电位)被设为零，但仍然存在，并需要最终应用的大部分能量。细胞抗性R细胞对整个电池电压有很高的影响。这尤其适用于分裂的电池，其中施加的电池电压很容易达到5v或更多。所有对欧姆电池电阻有直接影响的施加电池电压和电流的贡献都必须考虑到能源效率的优化(图1)。2)．

图2。
figure2

单体对施加的电池电压及其在电化学反应器中的位置的贡献。

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工作电池电压U细胞(在某些文学作品中也被写成E)不应与氧化还原电位混淆E如上式所示。氧化还原电位不考虑电池的欧姆电阻。值得注意的是，当操作电解电池在更高的生产力时，贡献如过电位。由于动力学而增加。

电能消耗(EEC)由下式表示:

$ $ {\ rm EEC} \;({\ hbox{千瓦时/公斤}})= \ displaystyle {{z \ F ast \ ast U_ {{\ rm细胞}}}\ / {{\ rm CE} \ ast M}} $ $

在哪里z是每个分子转移的电子数，F是法拉第常数，U细胞为电池电压，米为摩尔质量，CE为电流效率。

CE设置一个接近100%的目标，以最大化性能。电流效率由下式计算:

表达式问我/问总计也被称为法拉第效率(FE)，用于产生特定化合物(问我)除以总费用(问总计)，在反应过程中使用。换句话说，它描述了有多少总电荷被有效地用于生产所需的产品。因此，它是对过程选择性的一种衡量。使fe(或CEs)接近100%是具有挑战性的，特别是在水介质中的还原反应，其中感兴趣的反应与析氢反应竞争。一般来说，副产物的生产总是会降低当前的效率。

由上式可以看出，EEC取决于转换效率(CE)以及电解槽和电解质的特性，这些特性影响的值U细胞．此外，每摩尔底物转移的电子更少的反应，当然会导致更小的eecz对EEC有线性贡献。除了驱动电化学反应所必需的电能外，可能还需要更多的能量用于加热、机械搅拌、操作泵和下游处理。能量效率(EE)是指将电势转化为所需产物的效率。它结合了法拉第效率(FE)和应用过电位(η)，为电极电位的偏差(E)从平衡氧化还原电位(°E)．

电子转移的极限速率(电子转移过电位-主要是在低电流密度下)，从反应物到电极表面的缓慢运输(扩散超电势)，以及反应本身无法跟上(反应超电势)．10显然，当过电位很小的时候，EE只取决于电化学反应的效率，即法拉第效率。这种考虑只提供了一半的信息，当应用高电流密度时就变得不那么有效了。用于EE计算的系统边界不包括施加的电池电压;因此，能量效率(EE’)的另一种定义可以建立为一个更有意义的价值数字:

在哪里U°为电池平衡电压．由上式可知，EE”当整个电荷用于所需的反应(FE = 100%)时，当阳极和阴极过电位以及电池电阻都很小时，最大。然而，一个升级的反应堆不能拥有一个可以忽略不计的电池电阻，使得电池的电阻在优化能源效率的关键方面之一。

此外，当能量效率最大化时，还需要考虑施加的电流。它可能会影响法拉第效率，因为选择性取决于施加的电流密度。此外，更快的电子转移导致更高的过电位，最终导致电流的数值我决定产品红外细胞．11

一氧化碳的转化2合成燃料和商品化学品

一氧化碳电化学生产商品化学品2在过去的几十年里已经成为一个新兴的研究领域。通过电化学CO2减少(有限公司2R)，许多具有大市场规模的产品都有可能获得(图。3.)．大气或废物流CO的转化2对CO和碳氢化合物，如乙烯，甲酸盐和乙醇是一种有吸引力的技术，有助于关闭人工碳循环。此外，使用可再生能源还有第二个好处:将电能转化为化学能，从而能够以化学物质的形式储存能量。近年来，对电催化剂和电化学电池设计的研究使相应反应的选择性和效率有了显著提高。

图3。
图3

可能的公司2通向商品产品的R条路径。COR: CO还原;析氢反应;OER:析氧反应。

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CO制取商品化学品的研究2主要关注CO、甲酸酯、乙烯和乙醇，因为它们可以以相对较高的法拉第效率获得。12，13而Ag和Sn催化剂主要用于降低CO2分别用于CO和甲酸盐，铜基电极被用于生产含有多个c原子的化学品，如乙醇和乙烯。14

值得注意的是，碳电极是用于CO的2由于他们的接口性能降低了有限的兴趣。大多数碳基电极对CO的电催化活性较低2减少。15电化学CO2还原主要在水溶液中进行，氢是在寄生反应中形成的。克服CO溶解度差的缺点2在高电流密度(>100毫安/厘米)下，使析氢反应最小化2)，采用气体扩散电极。16

然而，主要的挑战仍然是在高电流密度下提高所需产品的法拉第效率。同时，电池电阻需要最小化，以保持电池电压尽可能低。然而，CO只产生了CO2在稳定的条件下，在相应的电流密度和高法拉第效率下。其他产物在明显较低的FE条件下得到年代，这导致了相关产品的高能量消耗(图。4)．即使在低电池电压，EEC是实质性的。例如，假设电能价格为0.1欧元/千瓦时17在工作电压为3v的情况下，生产1公斤乙醇的电力大约需要花费。7.5欧元，不包括复杂的电解混合物。

图4。
装具

一氧化碳的EEC2在不同电池电压和法拉第效率下的电还原产物。FE值是基于现有文献，仅FE值年代电流密度为100毫安/厘米2都被考虑过，但甲醇还没有在可比的电流密度下生产。

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关于CO电催化生产商品化学品的研究已经进行了大量的综述2在生产成本方面可以与传统的，主要是化石燃料衍生的替代品竞争。12，13，18，19

De Luna等人解决了为了取代石化工艺而必须克服的多重挑战。抑制因素是有限的能量转换效率电解槽和这些系统的运行稳定性。另一个关键作用是提供低成本的可再生能源。作者指定4美分/千瓦时作为一个电化学方法具有竞争力的场景的最大电力成本。其他的挑战是CO的成本2捕获和运输。特别是乙烯等大宗化工产品生产规模大，市场饱和和复杂，是新技术发展的主要障碍。13来自所有CO2减少产品，CO似乎有最高的机会实现工业实施(图。5)．

图5。
figure5

电合成产品的生产成本。图表显示了氢、一氧化碳、乙醇和乙烯成本作为电解槽能量转换效率(=本综述中定义的能源效率EE，不含FE项)和电力成本的函数的技术经济分析。作者假设纯CO2价格30美元/吨，法拉第效率90%，电流密度500毫安/厘米2，电解槽成本300美元/千瓦，设备寿命30年。白色虚线上方较浅颜色的区域表示基于全球平均价格的利润生产成本。从[13］．经美国科学促进会许可转载。

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在De Luna等人计算的场景中，电力成本不得超过约。5美分/千瓦时，即使在乙醇和乙烯高达80%的能源转换效率下也是经济的。此外，法拉第效率值为90%，电流密度为500毫安/厘米2相当乐观，这使得乙烯和乙醇的盈利区域更加难以达到。高电流密度将导致大量的析氢，从而降低CO的fe2减少产品。因此，乙醇和乙烯的fees为90%可以被认为是最好的情况。有限公司2使用Ag催化剂在法拉第效率高(>90%)的情况下将CO还原已经是可行的，因为不涉及C-C键的形成，这可能会导致副产物。此外，高电流密度超过200毫安/厘米2已经被演示过了。20.相比之下，CO2R转化为甲醇的效率较低，主要报道在当前密度低于50 mA/cm时2．21，22混合工艺，结合热催化和电催化转化甲醇，可能更有前途，直到fees和电流密度的CO2R对甲醇显著增加，比目前的实验室结果至少高出两个数量级(目前FE低于50%，电流低于50 mA/cm)2)．23

在CO可获得的产品中2R, CO和甲酸每摩尔电子的收益最高。12然而，大多数CO2R反应在碱性介质中进行，以甲酸的形式存在。生成质子化形式的后续步骤可能会消耗等量的酸，使这个过程不经济。Chen等人解决的其他挑战是高资本成本(约。300美元/千瓦13})以及大宗化学品大规模生产带来的相关风险。此外，纯CO2是一种散装化学品，并提供CO2质量不够是一个很大的障碍。12

从CO中电化学生产商品化学品，如CO，甲酸盐，乙醇和乙烯2需要满足几个要求，以成为一个明智和有竞争力的技术，包括以下几个方面:

  1. 1.

    使用的电力必须来自碳中和的来源。燃烧化石燃料以发电，目的是减少CO2电化学是没用的。

  2. 2.

    在低过电位和高电流密度下的高法拉第效率是必要的，加上较低的电池电压。

  3. 3.

    有限公司2需要在较高的生产规模进行转换，以从规模经济中受益，并能够进入商品化学品市场。

  4. 4.

    为了制造CO，可再生电力的价格不能超过一个阈值(相对于化石燃料的价格)2R经济。例如，De Luna等人指定0.04美元/千瓦时为阈值。13

  5. 5.

    有限公司2在电力供应方面，减量化发电厂必须灵活。为了充分利用间歇性能源，CO2当有多余的能源可用时，电解槽应该允许以更高的容量运行(这会导致较低的能源价格)。

比乙醇、乙烯、一氧化碳和甲酸盐复杂程度更高的产品可能不必与波动和高度复杂的化石燃料市场直接竞争。在这些情况下，与传统的化学路线相比，实施电化学方法是有益的，正如我们将为Baizer和Lysmeral过程所展示的那样。

工业实现的过程

与传统化学过程相比，电化学具有许多优点，如易于获得适当的试剂和可控的反应。对于工业过程来说，避免试剂浪费、反应速度可调、功率可调等优点都是重要方面。一种新出现的观点是，有可能使用可再生能源作为一种特定和选择性转换的动力。此外，电化学本身是安全的，减少了稀有元素和金属的使用。给出了利用电加速催化循环的性能，避免了反应失控。

许多公司都试图利用这些优势。为了限制电解池的尺寸，电流密度保持在10-30毫安/厘米的范围内2．24在转换之后，应制定一项将产物从未反应的反应物和电解质中分离的工作策略。支撑电解质是一个重要因素，因为它应该与废水相容，需要避免爆炸性沉淀(如高氯酸盐)。

下面介绍两种具有里程碑意义的杰出的电有机方法。

粗呢的过程

百泽法是工业上规模最大、最重要的电有机合成方法之一，近20年来市场规模达30万吨/年。251960年，电有机化学家曼纽尔·m·拜泽(Manuel M. Baizer)在位于佛罗里达州的孟山都公司技术中心工作，因为这个过程也被称为孟山都过程。20世纪70年代初，贝泽工艺是电化学的一个里程碑。丙腈还原后的产物为己二腈，它是制造聚酰胺和聚氨酯的中心中间体1)．24

方案1。
图1

常用的电化学工艺称为拜泽工艺:工业过程中丙烯腈的电转化。

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为了生产己二腈，需要对丙烯腈进行阴极电加氢二聚。该工艺的突破是在未分裂的工作槽中使用四乙胺等季铵盐p-甲苯磺磺酸盐作为辅助电解质，使质量产率达到90%。在此之前，使用四乙基硫酸铵中乙腈和己二腈的混合电解质水溶液和稀释硫酸的阳极溶液的分裂细胞。9由于过电位高，使用了镉或铅电极，阳极是银合金。24由于严重的环境问题，部分镉阴极被铜铅合金或不锈钢取代。电流密度较高，为4.5 kA/m2．

之前的工艺存在的问题是，由于电流密度大，阴极不稳定，维护成本高。与分裂电池相比，未分裂电池具有更好的性能，转换电能的成本更低。有了这种电池，能量消耗降低了。电池电压由11.65 V降至3.83 V，比能耗由6.61 kWh/kg降至2.43 kWh/kg，电效率约提高。40%。25电流效率在90%以上。在这个过程中重要的是使用水作为氢源。分子氧和丙腈是副产品。氧气的生产是一个安全问题，因为它有可能腐蚀金属和与其他化学物质发生反应。此外，氧气需要在使用的电池中分离，以避免压力增加。然而，由此产生的双相电解质-己二腈混合物的分离促进了下游处理。粗己二腈通过蒸馏提纯，而电解液部分在返回电解前用水和丙烯腈富集。9

Baizer将加氢二聚作用扩展到多种活性烯烃。26最初的科学发现发生在Baizer实施该工艺的近20年前，并展示了化学工程和工艺开发的力量，将这种研究转化为工业规模。6，27

Lysmeral过程

巴斯夫公司正在工业规模上使用电子有机合成。它们最重要的电转化之一是提供受保护的苯甲醛。技术上最相关的中间体与丙醛反应，然后通过加氢反应生成莱司莫尔。这种苯甲醛等价物的电化学合成在每年10,000吨左右进行。用于生产受保护的苯甲醛，4-叔-丁基甲苯在石墨阳极二甲氧基化(方案2)．

方案2。
figure2

Lysmeral过程中的阳极二甲氧基化反应。

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lysmmal是一种香味，闻起来像百合花。28甲醇被用作溶剂和试剂。其中一个重点是在后续步骤中与丙醛缩合反应回收甲醇。电解形成的氢可以部分用于氢化反应。这种阳极二甲氧基化的另一种产物是茴香醛。它被用作药物合成的中间体，或用作掩盖难闻气味的香味，例如在卫生应用中。对于阳极二甲氧基化，巴斯夫设计了一个双极填充电极堆，称为毛细管间隙电池。可以使用多种电极材料，如石墨、铂和混合氧化物电极，而石墨代表工作马。反应温度为50℃，电流密度为4.2 A/dm2缩醛产率可达78%。该工艺的选择性高达91%。理论所需电荷为4华氏度，实际应用电荷为4.5华氏度。电流效率高达70%。29在电压为4 V时，计算出的EEC为2.94 kWh/kg。假设电能价格为0.1欧元/千瓦时，171公斤莱司莫尔的电力大约需要花费。0.29欧元，不包括体检。同时，电池设计也被应用于许多工艺过程中，例如水处理。30.

考虑到选择性和下游成本这两个方面，孟山都与百泽合作，巴斯夫与莱司莫尔合作，这些公司能够实现重要的工业电化学工艺的高性能。

目前的技术状况

同时，在实验室规模成功探索了电有机合成。通过新的方法，有可能以优异的收率和独特的选择性形成c - c键。31，32

本文将介绍一些利用脱氢交叉耦合策略合成对称双酚和混合双酚和酚(杂)芳烃的创新方法。交叉耦合产物和非对称联芳基是有机合成中有价值的产物。联芳基化合物用于天然产物的合成、催化和材料科学。33双酚的一个重要应用是作为过渡金属催化的配体组分。34，353,3 '，5,5 ' -四甲基-2,2 ' -双酚是这些有用的积木之一，但其合成具有挑战性。例如，这种双酚被用作铜的配体前体34或铑36在催化不对称加成双键中。其中一个最重要的应用是氧化合成生产氧化化学品(方案3.)．从技术上讲，这类双酚的主要应用领域是氢甲酰化，每年生产约1040万吨的氧基化学品。37，38

方案3。
图3

1,3-丁二烯的双重氢甲酰化反应。

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这种双酚的经典合成需要化学计量法甚至更多的氧化剂。传统的方法会产生大量的试剂浪费，选择性和得率可能较低。另一种合成方法使用过渡金属催化剂作为VO(acac)2甲基三oxorhenium或RuCl3.．39- - - - - -41然而，用过渡金属法，产率通常也很低。此外，所用的催化剂大多昂贵且有毒。传统的化学途径既不生态也不经济。

考虑到当前的全球挑战，如气候变化和资源稀缺，对化学工业可再生技术的兴趣增加了。通过电子有机合成，这些问题中的一些可以成功解决。电化学只用电子作为氧化或还原过程的清洁试剂。避免使用大量的催化剂和氧化剂或还原剂对于可持续发展策略是非常重要的。6)．

图6。
figure6

电化学方法与传统有机化学相比的优点。

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下面将展示合成3,3 '，5,5 ' -四甲基-2,2 ' -双酚的电化学进展。在传统的合成方法中，过度氧化和形成不同的多环衍生物，如Pummerer酮，是不可避免的(Scheme4)．42- - - - - -45

方案4。
装具

3,3 '，5,5 ' -四甲基-2,2 ' -双酚及多环衍生物的合成策略。

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为了防止其他副产物和过度氧化，采用了通过四苯氧硼酸盐的两步合成(方案5)．46

方案5。
figure5

硼系固酚酸盐阳极苯酚耦合的两步合成。

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硼酸盐被用作氧化环化的模板基板以及支撑电解质。42，47即使在多公斤的规模下，产量也可达到85%。48然而，这种电合成产生的含硼酸盐废水在欧盟是有问题的。此外，该过程是一个多步骤协议。为了减少多步骤的协议，第一个直接方式的阳极交叉耦合的酚不使用离开官能，保护基团，或试剂引入了一个未分裂的电池与硼掺杂金刚石(BDD)的阳极和镍作为阴极。49六氟异丙醇(HFIP)或HFIP/甲醇作为电解质，甲基三乙基硫酸铵作为支撑电解质。通过使用hfip基电解质，可获得较高的选择性。50BDD电极与HFIP作为溶剂结合使用表现出较高的性能和鲁棒性。51在质子介质中，BDD电极上的HFIP将电化学窗口延长到5 V。HFIP对阳极生成的自由基具有稳定作用，避免了反应物的分解。51此外，该溶剂的回收和直接再利用几乎完全实现。31，52BDD具有独特的性质，如高化学稳定性和高氢过电位水溶液。由于BDD的特性，它为新的合成策略开辟了广阔的领域。53，54

采用5体积%吡啶为电解液的HFIP对该方法进行了改进，电解电流密度为60 mA/cm2．通过使用吡啶作为基底，避免了盐基附加的支撑电解质。与以往的工作相比，这是一个很大的优势，因为它阻止了昂贵的辅助电解质的回收。该工艺非常高效，收率高达59%，适用于工艺流程。7，55，56较低的产率有利于原料的回收和再利用。特别是，该反应可以用于工业，因为重要的关键步骤已经开发出来。特别是流池的应用优于传统的间歇反应。在流池中，通过窄间隙设计可以提高电极表面体积比。由于这种设置，电解时间缩短，温度控制是可能的，电池电压可以降低。由于电极距离小，不需要导电盐。56通过控制流速，可以控制反应物与电极表面的接触时间，避免过氧化。这些优势提供了大约40%的电力效率。

其他的阳极碳-碳键的形成，例如苯胺-芳烃也是可能的。目前已知的70多种衍生品收益率高达92%。为了获得高的选择性，使用了双极电极布置。33，57，58只有外部的电极是连接的，中间的电极被电场极化。这种方法大大增强了电极表面。此外，使用双极电池的优点是，电极的数量可以变化，在不同的电池灵活使用(方案6)．

方案6。
figure6

苯酚/ aniline-arene交叉耦合。X = oh, nhr;Y = h，哦，nhr, otips。33

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结论

在过去的几年里，电子有机合成经历了一次复兴，因为它提供了在温和条件下的转化，取代了化学氧化剂和还原剂，并开辟了新的合成路线和策略。从工业角度来看，能源效率或能源需求起着关键作用。一氧化碳合成燃料和商品的电化学生产2面临的挑战主要是高资本成本，电力能源的价格，以及石油市场的巨大规模。此外，生成C需要相对较高的电荷2 +一氧化碳产物2．例如，为了从CO生成1mol乙醇2，需要12个电子，这远远高于精细化学合成，在精细化学合成中，通常每个产品分子转移的电子少于5个，而产品分子的分子量要大得多。电荷量是导致EEC高的原因之一1)．

表1。
figureTab1

电化学CO得到的产物2减少和相关的能源消耗。

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除了平台化学品和合成燃料，电化学合成的精细化学品不必与原油本身的原料竞争。它们定价更高，同时生产更有选择性，规模更小，这导致了更小的资本成本。

与CO2转换后，所讨论的工业过程显示每公斤产品的EECs显著降低(表2)．由于在实验室规模上使用的是多功能电池，而不是在技术过程中使用能量优化和量身定制的电解槽，实验室规模上的能源效率通常明显较低。

表2。
figureTab2

化学物质电合成中的能量消耗。

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在可以避免大量化学氧化剂和还原剂的情况下，电化学方法是非常有利的。正如含硼酸盐废水的形成所概述的那样，下游处理常常被忽视，但对后来转化为技术用途至关重要。HFIP等稳定剂的应用开辟了新的合成策略，达到了更高的选择性，进而提高了能源效率。

CO的化学路线2从基于基的大宗商品到精细化学品仍存在差距，如从CO合成复杂分子2是具有挑战性的。一种更有效的方法可能是发酵。CO电化学生成芳香族结构2不能直接实现;然而，芳香族化合物可以通过CO的重整得到2的碳氢化合物。

我们的结论是，当生产精细化学品而不是商品时，电子有机合成更有可能获得回报。资本成本、能源价格和下游加工是驱动因素。当电解槽和下游加工的成本较低，产品可以卖出较高的价格时，利润率就会更有利，精细化学品就是这样。

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致谢

我们感谢马丁·克莱因提供的图像支持。莱茵兰-普法尔茨州在SusInnoScience框架内的支持得到了高度认可。

作者信息

从属关系

  1. ESy-Labs GmbH, An der Irler Höhe 3a, 93055，德国雷根斯堡

    约翰内斯·塞德勒，托比亚斯Gärtner和齐格弗里德·r·瓦尔德沃格尔

  2. 约翰内斯·古腾堡大学化学系，德国美因茨市杜伊斯伯格韦格10-14,55128

    Johannes Seidler, Jana Strugatchi & Siegfried R. Waldvogel

作者
  1. 约翰内斯·赛德勒
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  2. Jana Strugatchi
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  3. Gartner托拜厄斯
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  4. 齐格弗里德·瓦尔德沃格尔
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塞德勒，斯特拉加奇，Gärtner。et al。电气化有机合成有回报吗?电-有机转化的能量效率。能源与可持续发展7，42(2020)。https://doi.org/10.1557/mre.2020.42

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关键字

  • 电化学合成
  • 效率
  • 可持续性