成产物的具体参数，阴极催化剂使用 担载量为0. 5mg cm 1Pt或Pd ;阳极催化剂使用担载为0. 5mg cm 1Pt或4. Omg cm 1PtRu,温 度范围为60-80°C，反应物流速为10mL/min，lmol/L异丙醇，阴极为0· lmol/L苯酸。下表 1说明在氢栗双反应器中，阳极和阴极均能反应生成相应产物；且操作电压控制在〇. 8V以 内，最低为〇. 2V，远低于水电解电压。
[0021] 实施例1 :
[0022] 阳极使用担载量为4. Omg Cm2PtRu气体扩散电极，阴极使用担载量为0. 5mg Cm2Pt气体扩散电极。将处理好的Nafionll7膜和阴阳极气体扩散电极置于油压机，使用 140°C和5MPa热压90s制成气体扩散三合一膜电极。将组装气体扩散三合一膜电极在电化 学氢栗反应器，使反应器升温至80°C。以lOmL/min的流速将lmol/L异丙醇水溶液通入阳 极；lOml/min的流速将0. lmol/L苯酸水溶液通入阴极，以IOOmA恒电流进行恒流运行3h。 其阳极电压控制在〇. 2V，阳极脱氢速率为61. 6mmol cm 1S \电流效率为62. 8%。取阴极加 氢产物加入内标物进行气相色谱测试，得到阴极产物加氢速率为10. 2mmol cm 1S 1电流效 率为28%。
[0023] 实施例2 :
[0024] 阳极使用担载量为0. 5mg cm 2Pt气体扩散电极，阴极使用担载量为0. 5mg cm 2Pt 气体扩散电极。将处理好的Nafionll7膜和阴阳极气体扩散电极置于油压机，使用140°C和 3MPa热压60s制成气体扩散三合一膜电极。将组装气体扩散三合一膜电极在电化学氢栗反 应器，使反应器升温至60°C。以lOml/min的流速将2mol/L异丙醇水溶液通入阳极；IOmL/ min的流速将0. lmol/L苯酚水溶液通入阴极，以IOOmA恒电流进行恒流运行lh，阳极电压 控制在0. 8V，阳极脱氢速率为60. 7mmol cm 1S \电流效率为62. 0%取阴极加氢产物加入内 标物进行气相色谱测试，得到阴极电流效率为34 %。
[0025] 实施例3 :
[0026] 阳极使用担载量为4. Omg Cm2PtRu气体扩散电极，阴极使用担载量为0. 5mg cm 2Pd气体扩散电极。将处理好的Nafionll7膜和阴阳极气体扩散电极置于油压机，使用 140°C和5MPa热压90s制成气体扩散三合一膜电极。将组装气体扩散三合一膜电极在电化 学氢栗反应器，使反应器升温至80°C。以lOmL/min的流速将lmol/L异丙醇水溶液通入阳 极；10mL/min的流速将0. lmol/L苯酸水溶液通入阴极，以IOOmA恒电流进行恒流运行lh。 阳极电压为〇. 6V，阳极脱氢速率为61. 6mmol cm 1S \电流效率为62. 8%。阴极加氢产物加 入内标物进行气相色谱测试，得到阴极产物加氢速率为12. 6mmol cm 1S 1电流效率为27%， 其中环己酮的生成速率约为文献（Green Chem. 16 (2014) 2664) Pd催化加氢报道值3倍。
【主权项】
1. 一种有机物脱氢与加氢親合的电化学氢栗双反应器，其特征在于， 电化学氢栗装置中，外加电压，以阳极异丙醇脱氢生成的催化剂原位吸附氢作为氢源， 供给阴极苯酚加氢；利用质子交换膜阻隔阴、阳极反应物的混合，实现脱氢与加氢反应互不 影响，同时进行互相干扰；所述的电化学氢栗装置，是指将气体扩散三合一膜电极装入燃料 电池中，阴、阳极分别通入反应液后，外加电压进行反应；气体扩散三合一膜电极是将气体 扩散电极和质子交换膜通过热压140°C、3-5MPa、60-90s制成三合一膜电极； 所述的阳极异丙醇脱氢，是指阳极异丙醇在外加电压下，在Pt或者PtRu催化剂作用 下，生成丙酮和催化剂原位吸附氢，其中催化剂原位吸附氢通过质子交换膜传递到阴极催 化剂表面，作为氢源直接参与阴极加氢反应；所述的阴极苯酚加氢，是指在外加电压下，苯 酚溶液与阴极催化剂上生成的原位吸附氢进行反应，加氢生成环己酮和环己醇。2. 根据权利要求1所述的电化学氢栗双反应器，其特征是， 阳极异丙醇浓度范围为〇. 5-2.Omol/L;催化剂为Pt或PtRu，Pt担载量为0. 5mgcm2，PtRu担载量为0. 5-4.Omgcm2;通过循环栗将阳极反应液栗入阳极，流量控制为10mL/min; 在电流为IOOmA下反应l_3h，得到脱氢广物为丙酮； 阴极苯酸浓度为〇.lmol/L;催化剂为Pt或Pd，催化剂担载量均为0. 5mgcm2;通过循 环栗将阴极反应液栗入阴极，流量控制为lOmL/min;在电流为IOOmA下反应l-3h，得到加氢 产物为环己酮和环己醇。3. 根据权利要求1或2所述的电化学氢栗双反应器，其特征是，所述的质子交换膜是全 氟磺酸质子交换膜，其离子交换容量为〇.91mmolg1。4. 根据权利要求1或2所述的电化学氢栗双反应器，其特征是，电化学氢栗装置的阴、 阳极操作温度范围都为60-80°C。5. 根据权利要求3所述的电化学氢栗双反应器，其特征是，电化学氢栗装置的阴、阳极 操作温度范围都为60-80°C。
【专利摘要】一种有机物脱氢与加氢耦合的电化学氢泵双反应器，利用有机物较低的电化学窗口，在较低电压下完成阳极脱氢反应，并将生成的催化剂原位氢供给阴极加氢使用，使得加氢与脱氢两个反应在同一反应器内同时发生，避免常规非均相反应器的高温、高压操作。同时，利用质子交换膜有效地阻隔阴、阳极反应物的混合，使阴、阳极反应互不影响。本发明实现了常压加氢，采用直接供氢，简化了反应流程，节约了成本；使用低电化学窗口的有机物，避免了高温反应和高电压操作。
【IPC分类】C25B11/02, C25B1/10, C25B13/08
【公开号】CN105200448
【申请号】CN201510641954
【发明人】贺高红, 吴雪梅, 黄诗琪, 陈伟, 王涛, 马琳, 刘释水
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月30日