Ammonia Etching to Generate Oxygen Vacancies on CuMn2O4 for Highly Efficient Electrocatalytic Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural

电催化剂 析氧 法拉第效率 尖晶石 生物量(生态学) 电化学 化学 材料科学 化学工程 有机化学 冶金 电极 海洋学 地质学 工程类 物理化学
作者
Biao Zhu,Yang Qin,Jiawei Du,Fazhi Zhang,Xiaodong Lei
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:9 (35): 11790-11797 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c03256
摘要

Electrocatalytic biomass valorization with renewable energy input represents a promising way to produce sustainable and non-fossil-based carbon products. The oxidative production of furandicarboxylic acid (FDCA) from bio-based 5-hydroxymethylfurfural (HMF) has attracted one of the most attention. Herein, spinel CuMn2O4 with an urchin-like nanostructure was synthesized by a hydrothermal method and subsequently soaked in ammonia water to create oxygen vacancies. The as-prepared material was used as an efficient electrocatalyst to oxidize HMF to FDCA. It was confirmed that CuMn2O4 etched with ammonia has an excellent electrocatalytic performance: at a current density of 20 mA/cm2, the potential of HMF oxidation was 1.31 V vs RHE in 1.0 M KOH solution with 10 mM HMF prior to the takeoff of the competing reaction, O2 evolution. Long-term chronoamperometry demonstrated that a 100% conversion of HMF and a 96% Faradaic efficiency of yield of FDCA were achieved. Our results indicated that it is feasible to employ the earth-abundant transition metal-based electrocatalyst CuMn2O4 to selectively oxidize biomass with higher energy conversion efficiency than water splitting as well as to produce valuable products in a H-type electrochemical cell.
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