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

化学 氧化剂 羟甲基 电催化剂 电化学 催化作用 选择性 羧酸盐 反应机理 动力学 产品分销 组合化学 无机化学 有机化学 电极 物理化学 物理 量子力学
作者
Xiaohui Deng,Geyang Xu,Yue‐Jiao Zhang,Lei Wang,Jiujun Zhang,Jianfeng Li,Xian‐Zhu Fu,Jing‐Li Luo
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (37): 20535-20542 被引量:152
标识
DOI:10.1002/anie.202108955
摘要

Abstract 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 Co 3+ and Co 4+ species act as chemical oxidants but with distinct roles in selective HMF oxidation. It is found that Co 3+ is only capable of oxidizing formyl group to produce carboxylate while Co 4+ 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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