Understanding the Roles of Electrogenerated Co3+ and Co4+ in Selectivity‐Tuned 5‐Hydroxymethylfurfural Oxidation

化学 5-羟甲基糠醛 催化作用 选择性 一氧化碳中毒 核化学 放射化学 有机化学
作者
Xiaohui Deng,Geyang Xu,Yue‐Jiao Zhang,Lei Wang,Jiujun Zhang,Jian‐Feng Li,Xian‐Zhu Fu,Jing‐Li Luo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (37): 20535-20542 被引量:261
标识
DOI:10.1002/anie.202108955
摘要

The Co-based electrocatalyst is among the most promising candidates for electrochemical oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF). However, the intrinsic active sites and detailed mechanism of this catalyst remains unclear. We combine experimental evidence and a theoretical study to show that electrogenerated Co3+ and Co4+ species act as chemical oxidants but with distinct roles in selective HMF oxidation. It is found that Co3+ is only capable of oxidizing formyl group to produce carboxylate while Co4+ is required for the initial oxidation of hydroxyl group with significantly faster kinetics. As a result, the product distribution shows explicit dependence on the Co oxidation states and selective production of 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid (HMFCA) and 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) are achieved by tuning the applied potential. This work offers essential mechanistic insight on Co-catalyzed organic oxidation reactions and might guide the design of more efficient electrocatalysts.
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