Deciphering in-situ surface reconstruction in two-dimensional CdPS3 nanosheets for efficient biomass hydrogenation

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作者
Marshet Getaye Sendeku,Karim Harrath,Fekadu Tsegaye Dajan,Binglan Wu,Sabir Hussain,Ning Gao,Xueying Zhan,Ying Yang,Zhenxing Wang,Chen Chen,Weiqiang Liu,Fengmei Wang,Haohong Duan,Xiaoming Sun
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49510-8
摘要

Abstract Steering on the intrinsic active site of an electrode material is essential for efficient electrochemical biomass upgrading to valuable chemicals with high selectivity. Herein, we show that an in-situ surface reconstruction of a two-dimensional layered CdPS 3 nanosheet electrocatalyst, triggered by electrolyte, facilitates efficient 5-hydroxymethylfurfural (HMF) hydrogenation to 2,5-bis(hydroxymethyl)furan (BHMF) under ambient condition. The in-situ Raman spectroscopy and comprehensive post-mortem catalyst characterizations evidence the construction of a surface-bounded CdS layer on CdPS 3 to form CdPS 3 /CdS heterostructure. This electrocatalyst demonstrates promising catalytic activity, achieving a Faradaic efficiency for BHMF reaching 91.3 ± 2.3 % and a yield of 4.96 ± 0.16 mg/h at − 0.7 V versus reversible hydrogen electrode. Density functional theory calculations reveal that the in-situ generated CdPS 3 /CdS interface plays a pivotal role in optimizing the adsorption of HMF* and H* intermediate, thus facilitating the HMF hydrogenation process. Furthermore, the reconstructed CdPS 3 /CdS heterostructure cathode, when coupled with MnCo 2 O 4.5 anode, enables simultaneous BHMF and formate synthesis from HMF and glycerol substrates with high efficiency.
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