Immobilised Ruthenium Complexes for the Electrooxidation of 5‐Hydroxymethylfurfural

催化作用 化学 电催化剂 氧化钌 X射线光电子能谱 介孔材料 基质(水族馆) 无机化学 有机化学 化学工程 电化学 电极 海洋学 物理化学 工程类 地质学
作者
Jan Bühler,Alissa Muntwyler,Helena Roithmeyer,Pardis Adams,Manuel Luca Besmer,Olivier Blacque,S. David Tilley
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:30 (19) 被引量:3
标识
DOI:10.1002/chem.202304181
摘要

Abundantly available biomass-based platform chemicals, including 5-hydroxymethylfurfural (HMF), are essential stepping stones in steering the chemical industry away from fossil fuels. The efficient catalytic oxidation of HMF to its diacid derivative, 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), is a promising research area with potential applications in the polymer industry. Currently, the most encouraging approaches are based on solid-state catalysts and are often conducted in basic aqueous media, conditions where HMF oxidation competes with its decomposition. Efficient molecular catalysts are practically unknown for this reaction. In this study, we report on the synthesis and electrocatalysis of surface-bound molecular ruthenium complexes for the transformation of HMF to FDCA under acidic conditions. Catalyst immobilisation on mesoporous indium tin oxide electrodes is achieved through the incorporation of phosphonic acid anchoring groups. Screening experiments with HMF and further reaction intermediates revealed the catalytic route and bottlenecks in the catalytic synthesis of FDCA. Utilising these immobilised electrocatalysts, FDCA yields of up to 85 % and faradaic efficiencies of 91 % were achieved, without any indication of substrate decomposition. Surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) post-electrocatalysis unveiled the desorption of the catalyst from the electrode surface as a limiting factor in terms of catalytic performance.
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