Xúc tác điện là gì?

Điện hóa và chất xúc tác điện rất quan trọng trong hóa học hữu cơ vì một số lý do liên quan đến nhau. Các phức hợp kim loại chuyển tiếp được sử dụng trong tổng hợp xúc tác điện tạo điều kiện tạo ra các con đường, cơ chế và chất trung gian mới, cho phép các biến đổi hóa học thường khó khăn hoặc không khả thi với các chiến lược tổng hợp thông thường. Bằng cách tinh chỉnh điện thế, các nhà nghiên cứu có thể đạt được tính chọn lọc cao trong khi giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ.

Xúc tác điện đã được chứng minh là có hiệu quả trong các biến đổi hóa học quan trọng, chẳng hạn như chức năng hóa liên kết C-H, phản ứng ghép chéo, quá trình oxy hóa và khử. Ngoài ra, sử dụng các electron để thúc đẩy quá trình biến đổi hóa học trong điều kiện ôn hòa thay vì dựa vào thuốc thử hóa học nguy hiểm, độc hại hoặc có năng lượng cao phù hợp với các nguyên tắc của hóa học xanh, giảm ô nhiễm và thúc đẩy sản xuất bền vững.

Xúc tác điện cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc theo đuổi sản xuất năng lượng sạch trên toàn cầu. Các công nghệ năng lượng bền vững như pin nhiên liệu dựa vào chất xúc tác điện để khử oxy, tiến hóa oxy và phản ứng tiến hóa hydro. Sự phát triển của các chất xúc tác điện tiên tiến sử dụng các kim loại dồi dào trên trái đất như sắt và niken, cũng như các chất xúc tác dựa trên carbon như graphene, đang tiến triển nhanh chóng, nâng cao hơn nữa tiềm năng của xúc tác điện trong các ứng dụng năng lượng.

Xúc tác điện có thể đồng nhất hoặc không đồng nhất. Xúc tác điện đồng nhất sử dụng chất điều hòa oxy hóa khử điện hóa, có thể là các hóa chất hữu cơ cụ thể hoặc phức kim loại chuyển tiếp, để nâng cao hiệu quả truyền electron. Ngược lại, xúc tác điện không đồng nhất xảy ra khi bản thân bề mặt điện cực đóng vai trò là chất xúc tác, tạo điều kiện thuận lợi cho việc truyền electron đến các chất phản ứng. Sự khác biệt chính giữa xúc tác điện không đồng nhất và đồng nhất nằm ở mối quan hệ pha của chất xúc tác đối với chất phản ứng và chất điện phân.

1. Amini, K., Hejazi, S. A., & Shinnawy, O. (2025). Revealing the invisible dimensions of electrochemical carbon capture technologies through in Situ/Operando techniques. Materials Today Energy, 101870. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2025.101870 
2. Liu, D., & Li, B. (2025). Sulfur-modified promoting the electrochemical CO2 reduction into formate performance of BiOI. Ionics. https://doi.org/10.1007/s11581-025-06274-5
3. Baessler, J., Vollmert, N., Vehrenberg, J., Mineur, M., Schenke, S., Griesberg, L., Pineda, P. M., & Keller, R. (2024). Reaction engineering for high yield electrosynthesis: Unraveling the impact of reaction conditions and conversion on methanol oxidation to formate. Chemical Engineering Journal, 495, 153000. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.153000
4. Hernández-Pagán, E., Yazdanshenas, A., Boski, D. J., Bi, J., Lacey, H. R., Piza, O. J. M., & Sierra, C. C. S. (2024). Cyrene as solvent for metal nanoparticle synthesis. Journal of Nanoparticle Research, 26(9). https://doi.org/10.1007/s11051-024-06097-x
5. Lehnherr, D., & Chen, L. (2024). Overview of recent Scale-Ups in Organic Electrosynthesis (2000–2023). Organic Process Research & Development, 28(2), 338–366. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.3c00340
6. Chen, M., Liu, D., Qiao, L., Zhou, P., Feng, J., Ng, K. W., Liu, Q., Wang, S., & Pan, H. (2023). In-situ/operando Raman techniques for in-depth understanding on electrocatalysis. Chemical Engineering Journal, 461, 141939. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141939
7. Torriero, A. A., Boas, J. F., & Bond, A. M. (2023). Electrochemical oxidation of dicarbonylcyclopentadienylcobalt(I) in 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide ionic liquid. Journal of Electroanalytical Chemistry, 950, 117885. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2023.117885
8. Ke, J., Gao, C., Folgueiras-Amador, A. A., Jolley, K. E., De Frutos, O., Mateos, C., Rincón, J. A., Brown, R. C. D., Poliakoff, M., & George, M. W. (2021). Self-Optimization of continuous flow electrochemical synthesis using fourier transform infrared spectroscopy and gas chromatography. Applied Spectroscopy, 76(1), 38–50. https://doi.org/10.1177/00037028211059848
9. Novaes, L. F. T., Liu, J., Shen, Y., Lu, L., Meinhardt, J. M., & Lin, S. (2021). Electrocatalysis as an enabling technology for organic synthesis. Chemical Society Reviews, 50(14), 7941–8002. https://doi.org/10.1039/d1cs00223f
10. Xu, Z., Liang, Z., Guo, W., & Zou, R. (2021). In situ/operando vibrational spectroscopy for the investigation of advanced nanostructured electrocatalysts. Coordination Chemistry Reviews, 436, 213824. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2021.213824
11. Jiao, K., Xing, Y., Yang, Q., Qiu, H., & Mei, T. (2020). Site-Selective C–H functionalization via synergistic use of electrochemistry and transition metal catalysis. Accounts of Chemical Research, 53(2), 300–310. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00603
12. Lozeman, J. J. A., Führer, P., Olthuis, W., & Odijk, M. (2020). Spectroelectrochemistry, the future of visualizing electrode processes by hyphenating electrochemistry with spectroscopic techniques. The Analyst, 145(7), 2482–2509. https://doi.org/10.1039/c9an02105a
13. Siu, J. C., Fu, N., & Lin, S. (2020). Catalyzing Electrosynthesis: A homogeneous electrocatalytic approach to reaction discovery. Accounts of Chemical Research, 53(3), 547–560. https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00529
14. Tanbouza, N., Ollevier, T., & Lam, K. (2020). Bridging Lab and Industry with Flow Electrochemistry. iScience, 23(11), 101720. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101720
15. Qiu, Y., Struwe, J., Meyer, T. H., Oliveira, J. C. A., & Ackermann, L. (2018). Catalyst‐ and Reagent‐Free Electrochemical Azole C−H amination. Chemistry - a European Journal, 24(49), 12784–12789. https://doi.org/10.1002/chem.201802832
16. Sauermann, N., Meyer, T. H., Qiu, Y., & Ackermann, L. (2018). Electrocatalytic C–H activation. ACS Catalysis, 8(8), 7086–7103. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b01683
17. Liu, Y., Chu, K., Huang, Y., Hsu, C., Lee, G., Tseng, M., & Chiang, M. (2016). Protonation/Reduction of Carbonyl-Rich Diiron Complexes and the Direct Observation of Triprotonated Species: Insights into the Electrocatalytic Mechanism of Hydrogen Formation. ACS Catalysis, 6(4), 2559–2576. https://doi.org/10.1021/acscatal.5b02646
18. Ye, J., Jiang, Y., Sheng, T., & Sun, S. (2016). In-situ FTIR spectroscopic studies of electrocatalytic reactions and processes. Nano Energy, 29, 414–427. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2016.06.028
19. Chatterjee, D., Jaiswal, N., & Banerjee, P. (2014). Electrochemical Conversion of Bicarbonate to Formate Mediated by the Complex RuIII(edta) (edta4– = ethylenediaminetetraacetate). European Journal of Inorganic Chemistry, 2014(34), 5856–5859. https://doi.org/10.1002/ejic.201402831