Electrocatalytic Hydrogenation of Furfural with Improved Activity and Selectivity at the Surface of Structured Copper Electrodes

糠醇 糠醛 选择性 电催化剂 催化作用 化学 电极 电化学 电解质 无机化学 可逆氢电极 化学工程 有机化学 工作电极 物理化学 工程类
作者
Clément Spadetto,Cyril Hachemi,Maxime Nouaille-Degorce,Loïc Pendu,Lou Bossert,Robert H. Temperton,Andrey Shavorskiy,Luis Cardenas,Mathieu S. Prévot
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (7): 4489-4500 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c05691
摘要

Furfural is a pivotal renewable platform molecule obtained from the chemical breakdown of hemicellulose. While it has traditionally been valorized to value-added chemicals through catalytic hydrogenation in biorefineries, its direct electrocatalytic hydrogenation presents attractive advantages. This article describes the significant improvements brought by the structuring of copper cathodes applied to this process in terms of activity and selectivity. We show that structured electrodes are capable of converting furfural to furfuryl alcohol with 100% selectivity at potentials as high as −0.2 V vs the reversible hydrogen electrode (RHE) in neutral conditions (pH 7.0). Moreover, the same electrode can selectively generate either furfuryl alcohol or 2-methylfuran in acidic conditions (pH 1.0), depending on the applied potential and temperature. We further show the existence of optimal voltage-temperature conditions for the efficient conversion of furfural to furfuryl alcohol or 2-methylfuran, highlighting the delicate influence of operating conditions on the selectivity of furfural reduction, in competition with the hydrogen evolution reaction in aqueous electrolytes. These performances are attributed to the resilience of Cu(I) species under operating conditions and their likely contribution to the electrocatalytic active site, as revealed by quasi-in situ photoelectron spectroscopy.
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