5-羟甲基呋喃甲醛HMF(5-hydroxymethylfurfural)醛化合物的电催化加氢还原能够转化为高附加值有机醇。但是该反应伴随着严重的伴生反应,严重影响高浓度条件下的HMF催化转化。
有鉴于此,西湖大学孙立成院士等在Cu纳米线上担载Keggin型磷钼酸(PMo12,H3PMo12O40),构筑PMo12/Cu团簇异质结催化剂。
本文要点
(1)
催化剂在HMF电催化加氢还原反应制备2,5-二羟甲基呋喃(BHMF, 2,5-bishydroxymethylfuran),达到超过预期的1 M反应物浓度。
在-0.3 V过电势进行电催化还原浓度为1.0 M HMF,PMo12/Cu电催化剂的法拉第效率达到98 %,BHMF的产量达到4.35 mmol cm-2 h-1,性能比Cu作为催化剂更好。
(2)
反应机理和DFT理论计算结果说明,PMo12/Cu异质结界面是电催化反应的活性位点。通过独特的电子结构和几何结构,促进H2O分子解离和还原生成H*,减少还原HMF的反应能垒,因此得到优异的反应活性和产物选择性。
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Xing Cao, Yunxuan Ding, Dexin Chen, Wentao Ye, Wenxing Yang, Licheng Sun*, Cluster-Level Heterostructure of PMo12/Cu for Efficient and Selective Electrocatalytic Hydrogenation of High-Concentration 5-Hydroxymethylfurfural, J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c08205
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c08205