Electrochemical Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural with NiFe Layered Double Hydroxide (LDH) Nanosheet Catalysts

纳米片 催化作用 电化学 氢氧化物 层状双氢氧化物 双金属片 化学 化学工程 阳极 无机化学 氧化物 材料科学 电极 有机化学 工程类 物理化学
作者
Wu‐Jun Liu,Lianna Dang,Zhuoran Xu,Han‐Qing Yu,Song Jin,George W. Huber
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:8 (6): 5533-5541 被引量:407
标识
DOI:10.1021/acscatal.8b01017
摘要

Electrochemical oxidation of biomass-derived platform molecules can enable the production of value-added oxygenated commodity chemicals under mild conditions in a distributed fashion using renewable electricity; however, very few efficient, robust, and inexpensive electrocatalysts are available for such electrochemical oxidation. Here we demonstrate that earth-abundant NiFe layered double hydroxide (LDH) nanosheets grown on carbon fiber paper can efficiently catalyze the oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) at the anode of an electrochemical cell. A near-quantitative yield of FDCA and 99.4% Faradaic efficiency of HMF conversion under ambient conditions can be achieved in the electrochemical process. HMF has a higher rate of oxidation than water and can act as an alternative anodic reaction for alkaline H2 evolution in water-splitting cells. As the first report on using bimetallic metal hydroxide/oxide catalysts for electrochemical oxidation of HMF, this work opens up opportunities in electrochemical devices to simultaneously produce building-block chemicals from biomass-derived molecules and clean H2 fuels under ambient conditions with earth-abundant materials.
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