Electrochemical Oxidation of HMF via Hydrogen Atom Transfer and Hydride Transfer on NiOOH and the Impact of NiOOH Composition

化学 氢化物 电化学 脱氢 光化学 对苯二甲酸 反应机理 分子 纤维素 氢气储存 氢原子 半纤维素 无机化学 化学工程 催化作用 有机化学 电极 物理化学 聚酯纤维 烷基 工程类
作者
Michael T. Bender,Kyoung‐Shin Choi
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:15 (13): e202200675-e202200675 被引量:65
标识
DOI:10.1002/cssc.202200675
摘要

Abstract A great deal of attention has been directed toward studying the electrochemical oxidation of 5‐hydroxymethylfurfural (HMF), a molecule that can be obtained from biomass‐derived cellulose and hemicellulose, to 2,5‐furandicarboxylic acid (FDCA), a molecule that can replace the petroleum‐derived terephthalic acid in the production of widely used polymers such as polyethylene terephthalate. NiOOH is one of the best and most well studied electrocatalysts for achieving this transformation; however, the mechanism by which it does so is still poorly understood. This study quantitatively examines how two different dehydrogenation mechanisms on NiOOH impact the oxidation of HMF and its oxidation intermediates on the way to FDCA. The first mechanism is a well‐established indirect oxidation mechanism featuring chemical hydrogen atom transfer to Ni 3+ sites while the second mechanism is a newly discovered potential‐dependent (PD) oxidation mechanism involving electrochemically induced hydride transfer to Ni 4+ sites. The composition of NiOOH was also tuned to shift the potential of the Ni(OH) 2 /NiOOH redox couple and to investigate how this affects the rates of indirect and PD oxidation as well as intermediate accumulation during a constant potential electrolysis. The new insights gained by this study will allow for the rational design of more efficient electrochemical dehydrogenation catalysts.
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