Rh-dispersed Cu nanowire catalyst for boosting electrocatalytic hydrogenation of 5-hydroxymethylfurfural

催化作用 纳米线 离解(化学) 羟甲基 光化学 纳米颗粒 材料科学 制氢 化学 化学工程 纳米技术 有机化学 工程类
作者
Wenfei Zhang,Yanbin Qi,Yuan Zhao,Wangxin Ge,Lei Dong,Jianhua Shen,Hongliang Jiang,Chunzhong Li
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier]
卷期号:68 (19): 2190-2199 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.scib.2023.07.036
摘要

Electrocatalytic conversion of biomass-derived 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5-bis(hydroxymethyl)furan (BHMF) presents a compelling strategy for the production of premium chemicals via the utilization of renewable energy sources. Exploring efficient catalytic systems to obtain highly selective BHMF has remained a giant challenge. A design strategy is proposed here to regulate active hydrogen (Hads) production in rhodium (Rh) nanoparticles grown on Cu nanowires (RhCu NWs) catalyst, which achieves a faradaic efficiency (FE) of 92.6% in the electrocatalytic reduction of HMF to BHMF at -20 mA cm-2 with no degradation in performance after 8 cycles. Kinetic investigations and electron spin resonance (ESR) spectroscopy reveal that the incorporation of Rh accelerates the water dissociation and facilitates the generation of Hads. In situ attenuated total reflection surface enhanced infrared absorption spectroscopy (ATR-SEIRAS) further demonstrates that the Rh component boosts the proportion of ordered weakly hydrogen-bonded water molecules on the catalyst surface, which is much easier to dissociate. The construction of an interfacial Hads-rich environment promotes the HMF intermediates binding with Hads to BMHF, thereby suppressing the formation of undesired dimers. This work demonstrates the promise of altering the interfacial water environment as a strategy to boost the electrosynthetic properties of biomass-derived products toward value-added outcomes.
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