酒石酸介导五价钒还原的分子机制解析及可持续应用研究

本研究创新性地揭示了酒石酸(TA)在酸性条件下高效还原五价钒(V(V))的分子机制，通过响应面法(RSM)优化工艺参数（温度>时间>H2SO4浓度>TA剂量），结合密度泛函理论(DFT)证实其羧基(-COOH)碳原子通过孤对电子转移实现V(V)→V(IV)转化，为钒 redox flow电池(VRFB)电解液制备提供了绿色高效的解决方案。

　　

Highlight

(1) 在酸性介质中，酒石酸(TA)展现出对高价钒物种(V(V))的高效还原能力。升高温度和增加TA剂量显著加速反应动力学，短时间内即可实现100%还原效率，这归因于热激活的电子转移过程以及高TA剂量下大量可用的还原性官能团(-COOH/-OH)。

(2) 响应面法(RSM)分析证实实验参数对还原效率的影响排序为：反应温度 > 反应时间 > H₂SO₄浓度 > TA剂量，凸显了热活化效应的主导作用。

(3) 密度泛函理论(DFT)揭示了分子层面的还原机制：TA羧基中的碳原子通过捐赠孤对电子将V(V)还原为V(IV)，同时证实TA兼具还原剂和络合剂的双重功能。

Conclusions

• 酒石酸(TA)在钒工业中展现出作为绿色还原剂的巨大潜力，其分子机制解析为设计高效钒电解液制备工艺提供了理论依据

• 该研究建立的温度驱动型还原策略，为开发可持续的钒 redox flow电池(VRFB)电解液生产技术开辟了新路径