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ACS Catal.: 1+1>2! NiOOH和Cu(OH)2协同促进有机小分子电化学选择性氧化

2022-05-02 分类：前沿动态阅读(450)

on style="white-space: normal; margin-bottom: 20px; line-height: 1.75em; margin-left: 8px; margin-right: 8px;">在涉及CO₂还原或H₂释放反应的电合成器中，电化学有机氧化反应(OOR)被认为是阳极析氧反应(OER)的有希望的替代反应，这种趋势归因于OOR产品的高市场价格和低于OER的氧化还原电位。对CO₂还原和OOR耦合联产电池的技术经济分析表明，2,5-呋喃二甲酸(FDCA)和2-糠酸(FCA)等高价值生物质衍生化学品的阳极生产对于实现经济上可行的电化学CO₂转化至关重要。

近日，高丽大学Dong Ki Lee和韩国科学技术研究院Byoung Koun Min等通过对多种呋喃类化学品的系统检查和原位X射线吸收光谱(XAS)分析，展示了NiOOH和Cu(OH)₂对呋喃环上醇和醛的电化学氧化的不同反应性，并协同利用它们的不同特性来提高HMF到FDCA的转化性能。

使用NiOOH和Cu(OH)₂将HMF转化为FDCA和FAC转化为FCA过程中中间物质的产率表明，它们对醇转化为醛和醛转化为羧酸的氧化反应具有不同的活性。

结果表明，Cu(OH)₂对醛氧化成羧酸的反应性优于NiOOH，而NiOOH对醇氧化成醛的反应性优于Cu(OH)₂，且NiOOH和Cu(OH)₂与单独的NiOOH或Cu(OH)₂电极相比，混合电极具有更高的HMF氧化活性且更快地转化为FDCA；NiOOH首先将HMF氧化为DFF，然后Cu(OH)₂可以快速将DFF转化为FFCA和NiOOH/Cu(OH)₂界面处的FDCA。

为了最大限度地发挥这种协同效应，研究人员制备了包含纳米级孔和纳米树枝状框架的高度多孔Ni和Cu电极，其电化学活性表面积(ECSA)比商业泡沫平均高10倍。与该研究中的所有电极相比，NiOOH包覆的Cu(OH)₂纳米泡沫电极表现出HMF到FDCA的瞬时转化，且在转化过程中没有任何未反应的中间体。

因此，在1.40 V_RHE的应用电位下，实现了良好的反应法拉第效率和98.3%的FDCA产率，比商业泡沫电极低100 mV。研究人员希望该研究能够为理解使用NiOOH和Cu(OH)₂电催化剂涉及醇和醛氧化的各种电化学转化反应提供坚实的基础。

Collaborative Electrochemical Oxidation of the Alcohol and Aldehyde Groups of 5-Hydroxymethylfurfural by NiOOH and Cu(OH)₂ for Superior 2,5-Furandicarboxylic Acid Production. ACS Catalysis. DOI: 10.1021/acscatal.1c05341