缺乏能夠同時(shí)獲得高電流密度和法拉第效率的催化劑，這對(duì)生物基醇和乙醛電氧化的廣泛實(shí)施構(gòu)成了巨大的障礙。
為了解決動(dòng)力學(xué)挑戰(zhàn)，中國(guó)人民大學(xué)Tiancheng Mu，北京林業(yè)大學(xué)Zhimin Xue提出了一種轉(zhuǎn)移介體策略，以加速生物基醇和醛在Ni(OH)2表面脫氫過(guò)程中的質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移。
文章要點(diǎn)
1）以5-羥甲基呋喃(HMF)為例，通過(guò)密度泛函理論計(jì)算，通過(guò)DFT計(jì)算，磷酸鹽嵌入在Ni(OH)2上可以延長(zhǎng)HMF分子上的O-H鍵，促進(jìn)其斷裂。結(jié)合Ru對(duì)Ni(OH)2的帶隙修飾，HMF脫氫過(guò)程的能壘在理論上大大降低。
2）實(shí)驗(yàn)表明，PO4/Ru-Ni(OH)2/nF的催化性能遠(yuǎn)高于Ni(OH)2/nF，在1.45V的電位下，電流密度可達(dá)1000 mA cm-2以上，F(xiàn)DCA的選擇性(98%)和法拉第效率(97%)均較高。
3）表征和原位實(shí)驗(yàn)表明，Ru對(duì)PO4/Ru-Ni(OH)2/Nf表面的帶隙有調(diào)制作用，加速了質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，與理論計(jì)算一致。
本工作提出了改善電化學(xué)性能的原創(chuàng)性概念，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為今后科學(xué)設(shè)計(jì)生物基醇和乙醛電氧化催化劑提供了新的思路。
參考文獻(xiàn)
Zhaohui Yang, et al, Proton Transfer Mediator Boosting the Current Density of Biomass Electrooxidation to Ampere-Level, Energy Environ. Sci., 2024
DOI: 10.1039/D3EE04543A.
