太陽能熱電耦合合成苯甲酸

朱艷吉，劉雪琳，汪懷遠(yuǎn)，王寶輝

(東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，石油與天然氣化工黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大慶163318)

?

太陽能熱電耦合合成苯甲酸

朱艷吉，劉雪琳，汪懷遠(yuǎn)，王寶輝

(東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，石油與天然氣化工黑龍江省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大慶163318)

摘要通過恒電位電解甲苯實(shí)現(xiàn)了苯甲酸的太陽能熱電耦合合成，考察了電極材料、反應(yīng)溫度及電解電壓對苯甲酸合成的影響.采用氣相色譜、紅外光譜和紫外光譜對電解產(chǎn)物進(jìn)行分析檢測，證實(shí)了太陽能熱電氧化甲苯的主要產(chǎn)物為苯甲酸.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以石墨作為陽極材料，反應(yīng)溫度為90℃，電解電壓為2. 0 V時(shí)，氧化甲苯合成苯甲酸的產(chǎn)率可達(dá)51. 6%.

關(guān)鍵詞太陽能;熱電耦合;電化學(xué);苯甲酸

自工業(yè)革命以來，煤、石油、天然氣等化石燃料已成為世界能源的主體［1］.由于化石能源不可再生且儲量有限，因此其枯竭不可避免.同時(shí)化石燃料主要含有C，H，O，N，S等元素，其燃燒過程會產(chǎn)生CO2，SOx，NOx等污染物，帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題.尋找新型清潔能源成為亟待解決的關(guān)鍵問題.太陽能由于綠色環(huán)保、可再生，在新能源領(lǐng)域越來越受到人們的關(guān)注.

傳統(tǒng)的太陽能利用技術(shù)包括太陽能發(fā)電及太陽能集熱，由于2種技術(shù)均只是利用了太陽能量的一部分，不能對太陽能進(jìn)行更充分有效的利用.2009年，Licht教授［2，3］提出了太陽能熱電耦合( STEP)理論，即利用太陽能將穩(wěn)定的、反應(yīng)能大的分子分解轉(zhuǎn)化為含能分子.STEP理論在利用太陽能光電效應(yīng)的同時(shí)，將太陽能光伏電池不能利用且對其自身有害的子帶隙(紅外)能量收集起來用于加熱反應(yīng)體系，可大幅提高太陽能的利用效率，其實(shí)質(zhì)即高溫電解反應(yīng).以STEP理論為基礎(chǔ)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了STEP光解水制氫［4］、二氧化碳捕獲［5］、STEP制水泥［6］和STEP金屬冶煉［7］等.

苯甲酸又稱安息香酸，是一種重要的有機(jī)合成中間體，其傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法包括鄰苯二甲酸酐水解脫羧法、甲苯氯化水解法、甲苯液相氧化法、氧化劑氧化法［8，9］及催化氧化法［10，11］.但這些方法存在效率低下、成本高、污染環(huán)境等問題.由于甲苯分子呈對稱分布，性質(zhì)穩(wěn)定，其氧化反應(yīng)難以進(jìn)行且產(chǎn)物組成復(fù)雜［12，13］.熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，在電場和加熱共同作用的酸性水溶液中，甲苯可以在陽極直接被氧化為苯甲酸，同時(shí)在陰極生成氫氣，通過太陽能STEP過程可以實(shí)現(xiàn)直接氧化甲苯合成苯甲酸，且不需要其它形式的能量輸入.

本文通過恒電位電解甲苯實(shí)現(xiàn)了苯甲酸的太陽能熱電耦合合成，考察了電極材料(鉑、石墨、鎳)對太陽能熱電耦合氧化甲苯合成苯甲酸的影響，采用石墨作為陽極，反應(yīng)溫度為90℃(來自于太陽能熱)、電解電壓為2. 0 V(來自于太陽能光伏電池)時(shí)苯甲酸的產(chǎn)率可以達(dá)到51. 6%.太陽能STEP苯甲酸合成過程綠色環(huán)保，高效節(jié)能，為有機(jī)合成提供了新途徑，具有巨大的應(yīng)用潛力.

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

甲苯和苯甲酸，北京化工廠;十二烷基苯磺酸鈉( SDBS)，北京旭東化工廠;濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%)，哈爾濱化工試劑廠.所用試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水.無隔膜電解槽和鉑片電極( 10 mm×10 mm)，天津艾達(dá)恒晟科技發(fā)展有限公司;鎳電極( 10 mm×10 mm)和石墨電極( 7 mm×130 mm)，天津市蘭力科化學(xué)電子高技術(shù)有限公司.

Epsion-EC電化學(xué)工作站(美國BAS公司).Tensor27紅外光譜儀(美國Bruker Optic公司)，25℃，溴化鉀壓片，波數(shù)范圍為4500～400 cm－1.GC-14C型氣相色譜儀(日本島津公司)，F(xiàn)FAP色譜柱( 30 m×0. 25 mm×0. 33 μm)，程序升溫.柱箱初始溫度90℃，初始時(shí)間1 min，升溫速度20℃/min，終止溫度250℃，保留時(shí)間1 min，輔助溫度230℃，進(jìn)樣器溫度280℃，F(xiàn)ID檢測器溫度280℃;載氣為N2氣，流速40 mL/min，柱前壓為0. 16 MPa，空氣流速300 mL/min，H2氣流速40 mL/min，尾吹N2氣，流速30 mL/min，靈敏度10－10g/s，進(jìn)樣量0. 5 μL.以正己烷為溶劑，測定苯甲酸的出峰時(shí)間，形狀為前拖尾峰.通過外標(biāo)法計(jì)算苯甲酸的含量.N3000色譜數(shù)據(jù)工作站(浙江大學(xué)智達(dá)信息工程研究所).UV-1700型紫外-可見分光光度計(jì)(日本島津公司)，25℃，苯甲酸的特征吸收波長為231 nm.

1.2實(shí)驗(yàn)過程

分別采用鉑電極為工作電極和對電極，飽和甘汞電極( SCE)為參比電極，在室溫( 25℃)下進(jìn)行甲苯氧化的循環(huán)伏安( CV)測試，掃描速率為50 mV/s，甲苯濃度為2000 mL/m3.

Fig.1　Schematic diagram of benzoic acid synthesis with STEP mode

太陽能熱電合成過程采用典型的太陽能STEP模式進(jìn)行，裝置如圖1所示.通過太陽能聚焦鏡收集太陽熱能來加熱體系，電解反應(yīng)器的溫度最高可以達(dá)到100℃;通過多晶硅光伏單元產(chǎn)生最高18 V的電壓為體系提供電能;通過在電路中加入變阻箱實(shí)現(xiàn)恒壓電解.電解池為兩電極體系，其中陽極分別采用鉑電極、石墨電極、鎳電極;陰極采用鉑電極.連好電解電路，在100 mL含0. 05 mol/L硫酸和0. 001 mol/L表面活性劑SDBS的電解質(zhì)溶液中加入甲苯濃度為200 mL/m3，在相同的電解質(zhì)條件下，電解反應(yīng)中的甲苯濃度遠(yuǎn)低于循環(huán)伏安測試中甲苯濃度，主要原因在于，電極表面反應(yīng)的動力學(xué)及化學(xué)控制過程不同).將反應(yīng)器置于直徑為1. 5 m的太陽能聚焦器的焦點(diǎn)上，通過溫度控制調(diào)節(jié)閥控制溫度，將聚焦鏡收集的太陽紅外能量轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生不同的溫度用于甲苯合成.反應(yīng)持續(xù)2～6 h，待電解電流降至初始值的1/10且不再變化時(shí)，反應(yīng)基本完成.待反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)器放置在空氣中自然冷卻至室溫.合成產(chǎn)物可通過沉淀過濾的方式進(jìn)行分離，微溶于溶液中的產(chǎn)物可通過堿溶-酸化法進(jìn)行分離，所生成的產(chǎn)物為兩部分之和，產(chǎn)物組成分析在室溫條件下進(jìn)行.

2　結(jié)果與討論

2.1理論計(jì)算

陽極的甲苯在水溶液中被氧化生成苯甲酸:

陰極的析氫反應(yīng)為

完整的電池反應(yīng)為

由表1中的基礎(chǔ)熱力學(xué)數(shù)據(jù)［14］可知，反應(yīng)式( 3)的摩爾生成吉布斯函數(shù)ΔrG為正值，說明該反應(yīng)不能自發(fā)進(jìn)行，需要提供能量才能進(jìn)行;反應(yīng)焓變(ΔrH)為正值，說明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng);并且隨著溫度的升高，反應(yīng)的熱平衡電解電壓( ET)逐漸降低，即升溫有利于反應(yīng)進(jìn)行.

Table 1　ΔrH，ΔrGand ETin reaction ( 3) at different temperatures

Table 1　ΔrH，ΔrGand ETin reaction ( 3) at different temperatures

T/K　Cp，m/( kJ·mol－1·K－1) Toluene　Benzoic acid　Water　Hydrogen　ΔrH/( kJ·mol－1)ΔrG/( kJ·mol－1)　ET/V 298　166　146.8　75.36　28.83　174.46　115.54　0.1988 303　166　146.8　75.25　28.92　173.21　117.56　0.1978 333　166　146.8　75.33　29.00　171.96　108.61　0.1876 363　166　146.8　75.56　29.06　170.72　102.68　0.1773

2.2甲苯的陽極氧化行為

2.2.1鉑陽極表面甲苯氧化的循環(huán)伏安測試由圖2曲線a可見，電解質(zhì)溶液( 0. 05 mol/L H2SO4+ 0. 001 mol/L SDBS)的循環(huán)伏安( CV)曲線未見氧化還原峰，原因是電解質(zhì)溶液在此條件下比較穩(wěn)定，不發(fā)生反應(yīng).而在電解質(zhì)溶液中加入甲苯后，在1. 25 V左右開始出現(xiàn)氧化峰，1. 60 V時(shí)峰電流達(dá)到最大(曲線b).這表明甲苯在鉑電極表面發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，且氧化峰電位遠(yuǎn)大于還原峰電位，對產(chǎn)物進(jìn)行GC定量分析表明，氧化峰電位下電解氧化甲苯所得產(chǎn)物以苯甲酸為主，并含有少量的苯甲醛及微量的苯甲醇.循環(huán)伏安結(jié)果表明，甲苯可以在陽極被氧化，其產(chǎn)物以苯甲酸為主.

Fig.2　CV curves of the electrolyte solution ( 0. 05 mol/L+0. 001 mol/L SDBS) ( A) and 2000 mL/m3toluene+electrolyte solution( B) ( the scan rate is 10 mV/s)

Fig.3　CV curves of 2000 mL/m3toluene in 0. 05 mol/L H2SO4+ 0. 001 mol/L SDBS on 1. 0 cm2Pt with the scan rate of 10( a)，20( b)，30( c)，40( d) and 50 mV/s( e)

2.2.2鉑陽極表面甲苯氧化的動力學(xué)分析為了證實(shí)甲苯在鉑電極表面氧化還原反應(yīng)的動力學(xué)過程，測試了不同掃描速率下甲苯氧化反應(yīng)的循環(huán)伏安曲線.由圖3可知，不同掃描速率下鉑電極表面甲苯的氧化峰和還原峰的形態(tài)基本保持不變，但對應(yīng)的峰電流值卻隨著掃描速率的增加而增大，且氧化峰的峰電位向正向移動，還原峰的峰電位向負(fù)向移動.結(jié)果表明，峰電流Ip與掃描速率的平方根v1/2呈線性關(guān)系，且陽極峰電流( Ipa)與陰極峰電流( Ipc)之比Ipa/Ipc≠1，說明該反應(yīng)為擴(kuò)散控制的不可逆反應(yīng)［15］.因此，反應(yīng)過程中也可以通過升高溫度達(dá)到加快擴(kuò)散傳質(zhì)過程的目的，從而加快反應(yīng)速率，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，且生成的苯甲酸不會被還原，進(jìn)一步證明了甲苯在陽極高溫電氧化反應(yīng)的可行性，與理論計(jì)算結(jié)果相吻合.

2.3電極材料的影響

Fig.4　Yield of benzoic acid from toluene with graphite( a)，nickel( b) and platinum( c) as anode( electrolysis potential 2. 0 V)

圖4示出了分別以石墨、鎳和鉑作為陽極材料氧化甲苯合成苯甲酸時(shí)產(chǎn)率隨溫度的變化.可以看出，在各種材料的陽極表面，苯甲酸產(chǎn)率均隨溫度的升高而增大，均在高溫( 90℃)時(shí)達(dá)到最高，分別為51. 6%，24. 0%和14. 0%.

采用石墨作為陽極時(shí)，苯甲酸的產(chǎn)率最高( 90℃時(shí)達(dá)到51. 6%)，這可能是由于石墨電極表面的多孔結(jié)構(gòu)使甲苯電氧化過程的接觸面積大幅增加［16］，反應(yīng)物可吸附于孔的表面并在電場的作用下釋放出電子而被氧化，石墨電極具有良好的電催化性能;采用Ni作為陽極時(shí)，苯甲酸產(chǎn)率隨溫度的升高而增加，但增加的幅度不大;而當(dāng)選擇鉑片作為陽極時(shí)，苯甲酸的產(chǎn)率最低( 90℃時(shí)也只有14. 0%)，其主要原因是金屬鉑化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在電化學(xué)反應(yīng)過程中，電極僅起到傳輸電子的作用，而反應(yīng)中有機(jī)物(甲苯)容易在惰性電極表面形成聚合物，降低電極的活性［17］.

綜上所述，選擇石墨作為氧化甲苯合成苯甲酸的最佳陽極材料.

2.4電解電壓的影響

Fig.5　Yield of benzoic acid ( a—c ) and intermediates( a'—c') at the graphite anode under different electrolysis potentials at 30℃( a，a')，60℃( b，b') and 90℃( c，c')

圖5示出了石墨陽極表面甲苯氧化產(chǎn)物中苯甲酸及其中間體的產(chǎn)率隨反應(yīng)溫度和電解電壓的變化情況.可見，甲苯在石墨電極表面氧化的主要產(chǎn)物為苯甲酸，產(chǎn)物中還含有少量的副產(chǎn)物(苯甲醛和苯甲醇).對于30℃下的反應(yīng)，電解電壓為3. 0 V時(shí)，苯甲酸的產(chǎn)率僅為15. 9%.隨著反應(yīng)溫度的升高，苯甲酸產(chǎn)率大幅增加，其中反應(yīng)溫度為90℃，電解電壓為1. 5 V時(shí)，苯甲酸的產(chǎn)率即達(dá)到了30. 3%，副產(chǎn)物的產(chǎn)率為3. 2%;當(dāng)電解電壓為2. 0 V時(shí)，苯甲酸的產(chǎn)率達(dá)到51. 6%，而此時(shí)所對應(yīng)的副產(chǎn)物產(chǎn)率也只有5. 7%;當(dāng)電壓從2. 0 V升至3. 0 V時(shí)，苯甲酸的產(chǎn)率達(dá)到53. 0%，副產(chǎn)物的產(chǎn)率為6. 1%，不同電解電壓下產(chǎn)物苯甲酸的選擇性均達(dá)到了90%.

綜上所述，太陽能STEP理論可應(yīng)用于氧化甲苯合成苯甲酸，太陽熱能的輸入(溫度升高)有利于苯甲酸產(chǎn)率的提高，且有利于降低電解過程的電解電壓，即適當(dāng)?shù)奶枱崮茌斎肟山档瓦^程所需的電能，從而有效提高太陽能的利用效率.

2.5產(chǎn)物的紅外光譜分析

Fig.6　FTIR spectrum of the product

圖6為以石墨作為陽極，反應(yīng)溫度為90℃時(shí)產(chǎn)物的紅外光譜圖.圖中1644 cm－1處明顯的吸收峰為C O的特征吸收峰，證明可能存在COOH或CHO基團(tuán);在3603～3241 cm－1之間存在較寬的吸收帶，為O—H的伸縮振動峰，可判斷產(chǎn)物含有COOH; 2096 cm－1處的吸收峰為O—H的彎曲振動峰;在1104 cm－1處出現(xiàn)的吸收峰為苯環(huán)上C—H的吸收峰; 1300～600 cm－1為指紋區(qū)，在此區(qū)間內(nèi)可以判斷苯環(huán)上取代基的類型: 679 cm－1處的吸收峰為苯環(huán)上C—H的變形振動峰，可以判斷出苯環(huán)上只有1個(gè)取代基，進(jìn)一步證明主要產(chǎn)物為苯甲酸［14，18］.2.6 STEP合成苯甲酸的反應(yīng)機(jī)理

圖7為在STEP模式下甲苯直接電氧化合成苯甲酸可能的反應(yīng)機(jī)理.太陽能可同時(shí)為系統(tǒng)提供熱能和電能，為甲苯的氧化提供充足的能量.在硫酸-表面活性劑溶液中，甲苯的氧化是以陽極電子轉(zhuǎn)移和自由基正離子的形成開始的.在陽極表面，甲苯首先失去1個(gè)電子，形成芐基自由基，然后失去1個(gè)H+，與溶液中的OH－結(jié)合，生成苯甲醇.苯甲醇的氧化電勢低，容易被氧化，接著失去1個(gè)H+，再次與溶液中的OH－結(jié)合，由于1個(gè)C原子上連接2個(gè)—OH為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，2個(gè)—OH極容易結(jié)合失去一分子H2O，進(jìn)而生成苯甲醛.重復(fù)同樣的過程，苯甲醛在電場的作用下最終被氧化生成穩(wěn)定的產(chǎn)物苯甲酸.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著溫度的升高，反應(yīng)進(jìn)行得更加充分，有更多的苯甲酸生成.通過GC檢測產(chǎn)物組成，證實(shí)中間產(chǎn)物為苯甲醇和苯甲醛，這與反應(yīng)機(jī)理相一致.甲苯在硫酸溶液中的電化學(xué)氧化過程是氧化步驟發(fā)生在電化學(xué)步驟之后的隨后化學(xué)反應(yīng)［19，20］.

Fig.7　Possible reaction mechanism of toluene to benzoic acid

在電化學(xué)合成中引入表面活性劑可對芐基自由基的形成起到協(xié)同作用，加快反應(yīng)速率，同時(shí)增大反應(yīng)系統(tǒng)的摩爾導(dǎo)電率，提高反應(yīng)的速率.

3　結(jié)　論

將STEP理論應(yīng)用于氧化甲苯合成苯甲酸，并采用恒電位電解法研究了甲苯在硫酸-表面活性劑溶液中的高溫電氧化.結(jié)果表明，以石墨作為陽極材料可實(shí)現(xiàn)氧化甲苯合成苯甲酸的反應(yīng)，且隨著反應(yīng)溫度的升高，苯甲酸的產(chǎn)率增加且選擇性高，滿足合成的需要.當(dāng)反應(yīng)溫度為90℃、電解電壓為2. 0 V時(shí)，苯甲酸的產(chǎn)率達(dá)到51. 6%.甲苯氧化的反應(yīng)機(jī)理為連續(xù)的自由基反應(yīng)，在太陽能集熱(溫度的升高)及太陽能發(fā)電(電解)的協(xié)同作用模式下，反應(yīng)不需要其它的能量輸入，而且不產(chǎn)生污染物，符合綠色合成和節(jié)能的思想，為苯甲酸的綠色高效合成提供了新途徑，也為太陽能綜合利用提供了新思路.

參考文獻(xiàn)

［1］Wüstenhagen R.，Menichetti E.，Energy Policy，2012，40，1—10

［2］Licht S.，J.Phys.Chem.C，2009，113( 36)，16283—16292

［3］Licht S.，Adv.Mater.，2011，23( 47)，5592—5612

［4］Licht S.，Chitayat O.，Bergmann H.，Dickb A.，Ayubb H.，Ghosh S.，Int.J.Hydrogen Energy，2010，35( 20)，10867—10882

［5］Licht S.，Cui B.，Wang B.，Journal of CO2Utilization，2013，2，58—63

［6］Licht S.，Wu H.，Hettige C.，Wang B.，Asercion J.，Lau J.，Stuart J.，Chem.Commun.，2012，48( 48)，6019—6021

［7］Cui B.，Licht S.，Green Chemistry，2013，15( 4)，881—884

［8］Sun H.，Liu Z.G.，Chen S.，Quan X.，Chem.Eng.J.，2015，270，58—65

［9］Karuehanon W.，Sirathanyarote C.，Pattarawarapan M.，Tetrahedron，2012，68( 46)，9423—9428

［10］Jiang F.，Zhu X.W.，F(xiàn)u B.S.，Huang J.J.，Xiao G.M.，Chinese J.Catal.，2013，34( 9)，1683—1689(姜楓，朱曉文，符寶嵩，黃金金，肖國民.催化學(xué)報(bào)，2013，34( 9)，1683—1689)

［11］Ye Q.，Huo F.F.，Wang H.P.，Wang J.，Wang D.，Chem.J.Chinese Universities，2013，34( 5)，1187—1194(葉青，霍飛飛，王海平，王娟，王道.高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34( 5)，1187—1194)

［12］Li X.，Lu B.，Sun J.，Wang X.，Zhao J.X.，Cai Q.H.，Catal.Commun.，2013，39，115—118

［13］Wu J.P.，Wang X.Q.，Zhu L.F.，Li G.Y.，Hu C.W.，Chem.Res.Chinese Universities，2007，23( 5)，585—591

［14］Robie R.A.，Hemingway B.S.，US Geol.Survey Bull.，1995，2131，461

［15］Ma C.A.，Introduction to Synthetic Organic Electrochemistry，Science Press，Beijing，2002，83—92(馬淳安.有機(jī)電化學(xué)合成導(dǎo)論，北京:科學(xué)出版社，2002，83—92)

［16］Wang M.，Xu Y.H.，Ding X.F.，Ma C.A.，CIESC Journal，2014，( 6)，2193—2201(王明，徐穎華，丁旭芬，馬淳安.化工學(xué)報(bào)，2014，( 6)，2193—2201)

［17］Matos J.P.F.，Proen?a L.F.A.，Lopes M.I.S.，F(xiàn)onseca I.T.E.，Rodes A.，Aldaz A.，J.Electroanal.Chem.，2007，609( 1)，42—50

［18］Deng Y.，Yuan P.，Yuan X.，Wu J.，Luo H.A.，Chem.J.Chinese Universities，2013，34( 11)，2617—2622(鄧瑩，袁佩，袁霞，吳劍，羅和安.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2013，34( 11)，2617—2622)

［19］Xing Q.Y.，Pei W.W.，Elementary Organic Chemistry，Higher Education Press，Beijing，2005，163—165(邢其毅，裴偉偉.基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)，北京:高等教育出版社，2005，163—165)

［20］Vuilleumier R.，Tay K.A.，Jeanmairet G.，Borgis D.，Boutin A.，J.Am.Chem.Soc.，2012，134( 4)，2067—2074

Solar Thermal-electrochemical Synthesis of Benzoic Acid?

ZHU Yanji，LIU Xuelin，WANG Huaiyuan*，WANG Baohui*
( Provincial Key Laboratory of Oil＆Gas Chemical Technology，College of Chemistry＆Chemical
Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163318，China)

Abstract Through solar thermal-electrochemical process( STEP) benzoic acid was synthesized by toluene oxidation.The synthesis of benzoic acid was totally driven by solar energy.Direct electro-oxidation behaviors of toluene were studied by cyclic voltammetry( CV) under constant electrolysis potential with three different anodes( platinum，nickel and graphite) in sulfuric acid and sodium dodecyl benzene sulfonate ( SDBS).Results showed that the main product of toluene electro-oxidation in the sulfuric acid and surfactant SDBS was benzoic acid，which was detected by gas chromatography ( GC)，F(xiàn)ourier transform infrared spectroscopy ( FTIR) and UV spectrophotometry( UV).The yield of benzoic acid could reach up to 51. 6% from toluene by using graphite as anode in the sulfuric acid and surfactant system at 90℃with STEP mode.A new green way of STEP for benzoic acid synthesis was provided.

Keywords Solar energy; Synergistic of thermal and electricity; Electrochemistry; Benzoic acid

( Ed.: S，Z，M)

?Supported by the National Natural Science Foundation of China( Nos.51175066，21376049)，the National Young Top Talents Plan of China ( No.2013042)，the Science Foundation for Distinguished Young Scholars of Heilongjiang Province，China( No.JC201403) and the Natural Science Foundation of Heilongjiang Province，China( No.E2015034).

基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號: 51175066，21376049)、國家青年拔尖人才計(jì)劃項(xiàng)目(批準(zhǔn)號: 2013042)、黑龍江省杰出青年科學(xué)基金(批準(zhǔn)號: JC201403)和黑龍江省自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號: E2015034)資助.

收稿日期:2015-08-14.網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2016-01-13.

doi:10.7503/cjcu20150648

中圖分類號O646

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

聯(lián)系人簡介:汪懷遠(yuǎn)，男，博士，教授，主要從事新材料方面的研究.E-mail: wanghyjiji@ 163.com王寶輝，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事新能源方面的研究.E-mail: wangbh@ nepu.edu.cn