5-羥甲基呋喃甲醛HMF(5-hydroxymethylfurfural)醛化合物的電催化加氫還原能夠轉化為高附加值有機醇。但是該反應伴隨著嚴重的伴生反應,嚴重影響高濃度條件下的HMF催化轉化。
有鑒于此,西湖大學孫立成院士等在Cu納米線上擔載Keggin型磷鉬酸(PMo12,H3PMo12O40),構筑PMo12/Cu團簇異質結催化劑。
本文要點
(1)
催化劑在HMF電催化加氫還原反應制備2,5-二羥甲基呋喃(BHMF, 2,5-bishydroxymethylfuran),達到超過預期的1 M反應物濃度。
在-0.3 V過電勢進行電催化還原濃度為1.0 M HMF,PMo12/Cu電催化劑的法拉第效率達到98 %,BHMF的產量達到4.35 mmol cm-2 h-1,性能比Cu作為催化劑更好。
(2)
反應機理和DFT理論計算結果說明,PMo12/Cu異質結界面是電催化反應的活性位點。通過獨特的電子結構和幾何結構,促進H2O分子解離和還原生成H*,減少還原HMF的反應能壘,因此得到優異的反應活性和產物選擇性。
參考文獻
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