Activity origin and alkalinity effect of electrocatalytic biomass oxidation on nickel nitride

碱度 化学 生物量(生态学) 无机化学 氮化物 材料科学 化学工程 冶金 纳米技术 生态学 生物 物理化学 工程类 图层(电子)
作者
Bo Zhou,Chung‐Li Dong,Yucheng Huang,Nana Zhang,Yandong Wu,Yuxuan Lu,Yue Xu,Zhaohui Xiao,Yuqin Zou,Shuangyin Wang
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:61: 179-185 被引量:122
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2021.02.026
摘要

Electro-oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMFOR) is a promising green approach to realize the conversion of biomass into value-added chemicals. However, considering the complexity of the molecular structure of HMF, an in-depth understanding of the electrocatalytic behavior of HMFOR has rarely been investigated. Herein, the electrocatalytic mechanism of HMFOR on nickel nitride (Ni3N) is elucidated by operando X-ray absorption spectroscopy (XAS), in situ Raman, quasi in situ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and operando electrochemical impedance spectroscopy (EIS), respectively. The activity origin is proved to be Ni2+δN(OH)ads generated by the adsorbed hydroxyl group. Moreover, HMFOR on Ni3N relates to a two-step reaction: Initially, the applied potential drives Ni atoms to lose electrons and adsorb OH− after 1.35 VRHE, giving rise to Ni2+δN(OH)ads with the electrophilic oxygen; then Ni2+δN(OH)ads seizes protons and electrons from HMF and leaves as H2O spontaneously. Furthermore, the high electrolyte alkalinity favors the HMFOR process due to the increased active species (Ni2+δN(OH)ads) and the enhanced adsorption of HMF on the Ni3N surface. This work could provide an in-depth understanding of the electrocatalytic mechanism of HMFOR on Ni3N and demonstrate the alkalinity effect of the electrolyte on the electrocatalytic performance of HMFOR.
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