Tailoring Competitive Adsorption Sites by Oxygen‐Vacancy on Cobalt Oxides to Enhance the Electrooxidation of Biomass

材料科学 氧气 脱氢 分子 吸附 化学工程 空位缺陷 金属 催化作用 无机化学 光化学 化学 有机化学 结晶学 工程类
作者
Yuxuan Lu,Tianyang Liu,Chung‐Li Dong,Chunming Yang,Ling Zhou,Yucheng Huang,Yafei Li,Bo Zhou,Yuqin Zou,Shuangyin Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (2) 被引量:331
标识
DOI:10.1002/adma.202107185
摘要

The electrooxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) offers a promising green route to attain high-value chemicals from biomass. The HMF electrooxidation reaction (HMFOR) is a complicated process involving the combined adsorption and coupling of organic molecules and OH- on the electrode surface. An in-depth understanding of these adsorption sites and reaction processes on electrocatalysts is fundamentally important. Herein, the adsorption behavior of HMF and OH- , and the role of oxygen vacancy on Co3 O4 are initially unraveled. Correspondingly, instead of the competitive adsorption of OH- and HMF on the metal sites, it is observed that the OH- can fill into oxygen vacancy (Vo) prior to couple with organic molecules through lattice oxygen oxidation reaction process, which could accelerate the rate-determining step of the dehydrogenation of 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid (HMFCA) intermediates. With the modulated adsorption sites, the as-designed Vo-Co3 O4 shows excellent activity for HMFOR with the earlier potential of 90 and 120 mV at 10 mA cm-2 in 1 m KOH and 1 m PBS solution. This work sheds insight on the catalytic mechanism of oxygen vacancy, which benefits designing a novel electrocatalysts to modulate the multi-molecules combined adsorption behaviors.
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