Electrocatalytic Oxidation of Glycerol to Formic Acid by CuCo2O4 Spinel Oxide Nanostructure Catalysts

甲酸 催化作用 氧化物 氧化钴 电化学 甘油 本体电解 电解 尖晶石 化学 材料科学 无机化学 电极 循环伏安法 有机化学 电解质 冶金 物理化学
作者
Xiaotong Han,Hongyuan Sheng,Chang Yu,Theodore W. Walker,George W. Huber,Jieshan Qiu,Song Jin
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:10 (12): 6741-6752 被引量:261
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c01498
摘要

The electrochemical oxidation of abundantly available glycerol for the production of value-added chemicals, such as formic acid, could be a promising approach to utilize glycerol more effectively and to meet the future demand for formic acid as a fuel for direct or indirect formic acid fuel cells. Here we report a comparative study of a series of earth-abundant cobalt-based spinel oxide (MCo2O4, M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn) nanostructures as robust electrocatalysts for the glycerol oxidation to selectively produce formic acid. Their intrinsic catalytic activities in alkaline solution follow the sequence of CuCo2O4 > NiCo2O4 > CoCo2O4 > FeCo2O4 > ZnCo2O4 > MnCo2O4. Using the best-performing CuCo2O4 catalyst directly integrated onto carbon fiber paper electrodes for the bulk electrolysis reaction of glycerol oxidation (pH = 13) at the constant potential of 1.30 V vs reversible hydrogen electrode (RHE), a high selectivity of 80.6% for formic acid production and an overall Faradaic efficiency of 89.1% toward all value-added products were achieved with a high glycerol conversion of 79.7%. Various structural characterization techniques confirm the stability of the CuCo2O4 catalyst after electrochemical testing. These results open up opportunities for studying earth-abundant electrocatalysts for efficient and selective oxidation of glycerol to produce formic acid or other value-added chemicals.
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