Hydrogen‐Bond‐Assisted Electrocatalytic Semi‐Oxidation of 5‐Hydroxymethylfurfural into 2,5‐Diformylfuran by Operando Dissociated N‐Oxyl Mediator

化学 催化作用 选择性 离解(化学) 吸附 电化学 激进的 电催化剂 可逆氢电极 无机化学 光化学 电极 化学工程 组合化学 有机化学 工作电极 物理化学 工程类
作者
Ying Yin,Ximeng Lv,Zhuoran Lv,Lei Fang,Tao Fan,Man Wang,Ziyang Chen,Naixin Lyu,Gaozhang Gou,Lijuan Zhang,Gengfeng Zheng,Liangchun Li
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
标识
DOI:10.1002/cssc.202401760
摘要

Abstract The conversion of 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5‐diformylfuran (DFF) is a promising approach for enhancing biomass utilization. Nevertheless, traditional methods using noble metal catalysts face challenges due to high costs and poor selectivity towards DFF. Herein, we developed a novel catalytic electrode integrating N ‐hydroxyphthalimide (NHPI) into a metal‐organic framework on a hydrophilic carbon cloth. This design significantly enhances the selective adsorption of HMF due to stronger hydrogen‐bond interaction between the electrode's hydrophilic surface and the C(sp 3 )−OH group in HMF compared to the C(sp 2 )=O in DFF. Additionally, the electro‐driven dissociation of the NHPI‐linker generates stabilized N ‐Oxyl radicals that promote selective semi‐oxidation of HMF under neutral conditions. As a result, this approach achieves a high yield rate of 138.2 mol mol cat −1 h −1 with a selectivity of 96.7 % for the HMF‐to‐DFF conversion. This work introduces a novel strategy for designing catalytic electrodes with stabilized N ‐Oxyl radicals, and offers a promising method for electrocatalytic DFF synthesis, leveraging hydrogen‐bond interaction between electrode surface and HMF.
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