Pt/a-C纳米材料电催化2，5-呋喃二甲醇选择性氧化合成2，5-呋喃二甲酸

doi:10.7503/cjcu20260070

高等学校化学学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (8): 20260070.doi: 10.7503/cjcu20260070

Pt/a-C纳米材料电催化2，5-呋喃二甲醇选择性氧化合成2，5-呋喃二甲酸

杨洋¹, 钱俊², 邓佩锋¹, 徐晨晖¹, 刘佳伦¹, 李亚太¹, 杨真真¹(), 付明臣¹(), 张根磊¹()

^1.合肥工业大学化学与化工学院，合肥 230009
^2.东华工程科技股份有限公司，合肥 230009

收稿日期:2026-02-04 出版日期:2026-08-10 发布日期:2026-05-14
通讯作者: 杨真真 E-mail:zzyang@hfut.edu.cn;mcfu@hfut.edu.cn;genleizhang@hfut.edu.cn
作者简介:付明臣，男，博士，教授，主要从事光电催化/生物质转化方面的研究. E⁃mail： mcfu@hfut.edu.cn
张根磊，男，博士，副教授，主要从事催化剂工程/电催化方面的研究. E-mail： genleizhang@hfut.edu.cn
基金资助:
东华工程科技股份有限公司研发项目(W2023JSKF0971);安徽省自然科学基金(JZ2024AKZR0546)

Electrocatalytic Selective Oxidation of 2，5-Bis（hydroxymethyl）furan to 2，5-Furandicarboxylic Acid over Pt/a-C Nanomaterials

YANG Yang¹, QIAN Jun², DENG Peifeng¹, XU Chenhui¹, LIU Jialun¹, LI Yatai¹, YANG Zhenzhen¹(), FU Mingchen¹(), ZHANG Genlei¹()

^1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China
^2.East China Engineering Science and Technology Co. Ltd. ，Hefei 230009，China

Received:2026-02-04 Online:2026-08-10 Published:2026-05-14
Contact: YANG Zhenzhen E-mail:zzyang@hfut.edu.cn;mcfu@hfut.edu.cn;genleizhang@hfut.edu.cn
Supported by:
the Research Fund of East China Engineering Science and Technology Co., Ltd., China(W2023JSKF0971);the Natural Science Foundation of Anhui Province, China(JZ2024AKZR0546)

摘要/Abstract

摘要：

2，5-呋喃二甲酸（FDCA）作为一种关键的生物质基平台化合物，其绿色合成备受关注. 本文以稳定性优于5-羟甲基糠醛（HMF）的2，5-呋喃二甲醇（BHMF）为原料，采用Pt/非晶碳（Pt/a-C）纳米材料为催化剂，在温和条件下（1.45 V vs. RHE，常温常压）实现了BHMF高效电催化氧化制备FDCA. 结果表明， Pt以纳米线形式通过Pt—C键均匀负载于非晶碳载体，形成强界面相互作用； Pt/a-C的起始电位较商业Pt/C负移220 mV， Tafel斜率为34.63 mV/dec，电荷转移电阻显著降低. 在1.45 V（vs. RHE）电位下， FDCA产率达92.80%，法拉第效率为91.45%，且循环5次后性能保持稳定. 机理研究揭示，反应遵循双路径并行机制： BHMF经2，5-呋喃二甲醛（DFF）或5-羟甲基-2-呋喃甲酸（HMFCA）两条路径，最终通过5-甲酰基-2-呋喃甲酸（FFCA）转化为 FDCA， Pt活性中心与载体的协同作用促进了反应动力学.

关键词: 2, 5-呋喃二甲醇, 2, 5-呋喃二甲酸, 电催化氧化, Pt/非晶碳, 生物质高值化

Abstract:

2，5-Furandicarboxylic acid（FDCA）， as a key biomass-derived platform chemical， has attracted considerable attention for its green synthesis. In this study， 2，5-bis（hydroxymethyl）furan（BHMF）， which exhibits higher stability than 5-hydroxymethylfurfural（HMF）， was used as the feedstock. Pt/amorphous carbon（Pt/a-C） nanomaterials were employed as the catalyst to achieve efficient electrocatalytic oxidation of BHMF to FDCA under mild conditions（1.45 V vs. RHE， room temperature and ambient pressure）. The results show that Pt nanowires are uniformly loaded onto the amorphous carbon support via Pt-C bonds， forming a strong interfacial interaction. Pt/a-C exhibits a 220 mV negative shift in onset potential compared to commercial Pt/C， with a Tafel slope of 34.63 mV/dec and a significantly reduced charge transfer resistance. At an applied potential of 1.45 V（vs. RHE）， the FDCA yield reached 92.80% with a Faradaic efficiency of 91.45%， and the performance remains stable after five cycles. Mechanistic investigation reveals that the reaction follows a dual-pathway parallel mechanism： BHMF is converted FDCA via either 2，5-diformylfuran（DFF） or 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid（HMFCA）， both ultimately proceeding through 5-formyl-2-furancarboxylic acid（FFCA） to FDCA. The synergistic effect between the Pt active sites and the support promotes the reaction kinetics. This study provides a new strategy for the green synthesis of biomass-based FDCA.

Key words: 2, 5-Bis（hydroxymethyl）furan, 2, 5-Furandicarboxylic acid, Electrocatalytic oxidation, Pt/amorphous carbon, High-value utilization of biomass

中图分类号:

O646

TrendMD:

杨洋, 钱俊, 邓佩锋, 徐晨晖, 刘佳伦, 李亚太, 杨真真, 付明臣, 张根磊. Pt/a-C纳米材料电催化2，5-呋喃二甲醇选择性氧化合成2，5-呋喃二甲酸. 高等学校化学学报, 2026, 47(8): 20260070.

YANG Yang, QIAN Jun, DENG Peifeng, XU Chenhui, LIU Jialun, LI Yatai, YANG Zhenzhen, FU Mingchen, ZHANG Genlei. Electrocatalytic Selective Oxidation of 2，5-Bis（hydroxymethyl）furan to 2，5-Furandicarboxylic Acid over Pt/a-C Nanomaterials. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(8): 20260070.

图/表 9

Fig.1 Low⁃magnification TEM image of Pt/a⁃C catalyst(A), HRTEM images of a Pt nanowire(B, C), HRTEM images of an a⁃C nanosheet region(D, E), STEM⁃EDS elemental mapping of Pt/a⁃C catalyst(F)

Fig.2 XRD pattern of the Pt/a⁃C catalyst(A), XPS survey spectrum(B), high⁃resolution XPS spectra of Pt4f (C) and C1s (D) of the Pt/a⁃C catalyst

Table 1 BET specific surface area(SBET) and average pore diameter of the catalysts

Catalyst	S_BET/（m²·g^-1）	Average pore size/nm
Pt/a⁃C	206.43	6.19
Pt/C	148.29	9.26
a⁃C	202.17	5.06

Fig.3 LSV curves in 1 mol/L KOH electrolyte with and without 10 mmol/L BHMF(A), current densities at selected potentials(B), Tafel plots derived from LSV data(C), Nyquist plots of electrochemical impedance spectroscopy(EIS)(D) of Pt/a⁃C and commercial Pt/C catalysts（A） The inset shows the net BHMF oxidation currents；（D） the inset shows the equivalent circuit model.

Fig.4 Operando Bode phase plots of Pt/a⁃C in different electrolytes of 1 mol/L KOH(A) and 1 mol/L KOH containing 10 mmol/L BHMF(B)

Fig.5 Comparison of BHMF conversion, FDCA yield, and Faradaic efficiency between Pt/a⁃C and commercial Pt/C(A), cycling stability test of Pt/a⁃C: FDCA yield and Faradaic efficiency(FE) over four consecutive runs(B)

Fig.6 XRD patterns(A), HRTEM images of a Pt nanowires(B, C), STEM⁃EDS elemental mapping(D) of the Pt/a⁃C catalyst after stability testing

Fig.7 Concentration profiles of BHMF and its intermediates/products obtained during chronoamperometric electrolysis using Pt/a⁃C(A), proposed reaction pathways from BHMF to FDCA(B), in situ FTIR spectra of the Pt/a⁃C catalyst recorded at various testing durations(C) and applied potentials(D)

Fig.8 High⁃resolution XPS spectra of Pt4f (A) and C1s (B) of the Pt/a⁃C catalyst before and after the BHMF oxidation reaction

参考文献 25

[1]	Bender M. T.， Yuan X.， Goetz M. K.， ACS Catal.， 2022， 12（19）， 12349—12368
[2]	Chen C.， Zhou Z.， Liu J.， Appl. Catal. B： Environ.， 2022， 307， 13598—13612
[3]	Liu X.， Leong D. C. Y.， Sun Y.， Green Chem.， 2020， 22（19）， 6531—6539
[4]	He Y.， Zhu B.， Wang F.， Xiong J.， Akram M. A.， J. Mater. Chem. A， 2023， 11（26）， 14284—14293
[5]	Luo R.， Li Y.， Xing L.， Wang N.， Zhong R.， Qian Z.， Du C.， Yin G.， Appl. Catal. B： Environ.， 2022， 311， 1569—1575
[6]	Luo R.， Li Y.， Wang N.， Zhong R.， Xing L.， Zhu L.， Wang Y.， J. Phys. Chem. C， 2023， 127（10）， 4967—4974
[7]	Zhou P.， Liu X.， Chen Z.， Tang C.， Zhao X.， Zheng J.， Ge R.， Duan H.， Adv. Funct. Mater.， 2025， 35（35）， 359—368
[8]	Zhang J.， Shen Y.， Wu Z.， Zhang X.， Kang J.， Wu Y.， Zhang S.， Chen S.， Wang G.， Zhang H.， Yin H.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2025， 64（13）， 5664—5679
[9]	Li J.， Qiu R.， Zhang S.， Peng L.， Dong Y.， Jiang Y.， Li Y.， Adv. Mater.， 2025， 37（10）， 2569—2581
[10]	Liu Y.， Ma H. Y.， Lei D.， Lou L. L.， Liu S.， Zhou W.， Wang G. C.， Yu K.， ACS Catal.， 2019， 9（9）， 8306—8315
[11]	Zhu B.， Chen C.， Huai L.， Zhou Z.， Wang L.， Zhang J.， Appl. Catal. B： Environ.， 2021， 297， 557—569
[12]	Zhu B.， Wang Q.， Wang J.， Yu X.， Zhang J.， Chen C.， ChemSusChem， 2024， 18（4）， 1358—1364
[13]	Li Z.， Tian J.， Yan J.， Ma B.， Chen L.， Zhao C.， ChemSusChem， 2025， 18（14）， 556—579
[14]	Xiong J.， Wang F.， Zhu B.， You K.， Wu S.， Jin P.， Feng L.， J. Mater. Chem. A， 2024， 12（24）， 14491—14500
[15]	Liu P.， Huai L.， Zhu B.， Zhong Y.， Zhang J.， Chen C.， Green Chem.， 2024， 26（9）， 5377—5385
[16]	Zhou B.， Li Y.， Zou Y.， Chen W.， Zhou W.， Song M.， Wu Y.， Lu Y.， Liu J.， Wang Y.， Wang S.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2021， 60（42）， 22908—22914
[17]	Han X.， Geng L.， Guo Y.， Jia R.， Liu X.， Zhang Y.， Wang Y.， Green Chem.， 2016， 18（6）， 1597—1604
[18]	Zhang H.， Zhang R.， Zhang W.， Gu B.， Tang Q.， Cao Q.， Fang W.， Appl. Catal. B： Environ.， 2023， 330， 566—578
[19]	Zheng X.， Li C.， Mao H.， Liu X.， Guo Y.， Wang Y.， Ind. Crops Prod.， 2022， 186， 114—129
[20]	Li C. C.， Na Y.， Chem. J. Chinese Universities， 2021， 42（9）， 2896—2903
	李晨晨，那永. 高等学校化学学报， 2021， 42（9）， 2896—2903
[21]	Hui C. Y.， Xu C. H.， Yang Y.， Liu J. L.， Li Y. T.， Guo Z. G.， Yang Z. Z.， Zhang G. L.， Chem. J. Chinese Universities， 2025， 46（8）， 20250126
	惠辰洋，徐晨晖，杨洋，刘佳伦，李亚太，郭振国，杨真真，张根磊. 高等学校化学学报， 2025， 46（8）， 20250126
[22]	Zhang M. W.， Zhou J.， Wang Z. Y.， Chem. J. Chinese Universities， 2025， 46（9）， 20250109
	张明文，周杰，王兆宇. 高等学校化学学报， 2025， 46（9）， 20250109
[23]	Ding G.， Yu Y.， Yan D.， Zhang J.， Shuai L.， Chen L.， Liao G.， Adv. Funct. Mater.， 2025， 33（23）， 265—279
[24]	Tong G.， Zheng K.， Feng Z.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2025， 64， e202512175
[25]	Huang R. L.， Liu C.， Zhang K. L.， Nano⁃Micro Lett.， 2026， 18（5）， 2—14

Pt/a-C纳米材料电催化2，5-呋喃二甲醇选择性氧化合成2，5-呋喃二甲酸

Electrocatalytic Selective Oxidation of 2，5-Bis（hydroxymethyl）furan to 2，5-Furandicarboxylic Acid over Pt/a-C Nanomaterials

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 25

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	田振华, 巩固, 韩秀斐, 郝钏宇, 高盼盼, 孙晓丹. 高效可见光响应ZnFe₂O₄/MXene的制备及光催化性能[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(8): 20260061.
[2]	穆荣臻, 王瑾, 杨杰, Tania Roy, 汪杰, 郭宝成, 周春晖. Cl ^- 介导Fe/MgO-CaO晶面工程与电子结构协同调控催化甘油氢解[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(8): 20250394.
[3]	赵豪, 代博文, 程崇博, 卞凤杰, 沈德魁, 姜小祥. 愈创木酚在Ni-Fe团簇/Al₂O₃界面上加氢脱氧的密度泛函理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(7): 20250409.
[4]	党宇鑫, 秦小茜, 张鹏, 麻天舒, 薛嘉仪, 王朝, 吴桐, 张莹莹, 庄全, 刘景海. 柔性TiO₂-TiSe₂/纳米碳纤维膜提升锂/硫电池倍率性能[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(7): 20250340.
[5]	范翔, 刘子建, 贾梦珂, 艾洪奇. 靶向猴痘A42R病毒的药物筛选和再利用：结合机制的模拟研究[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(6): 20250317.
[6]	陈梦佳, 桑丽霞, 李扬扬. Ti₃C₂T _x /TiO₂光电极的等离激元分解水性能[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(6): 20250347.
[7]	孟祥龙, 刘仕轲, 樊兴泽, 向晨, 王纯正, 郭海玲. 金属@分子筛纳米反应器的合成及对CO₂加氢制二甲醚反应的催化性能[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(3): 20250261.
[8]	张捷, 霍志鹏, 钟国强. 亚微米球Eu₂O₃/B₄C/HDPE复合材料的制备及中子/伽马辐射屏蔽性能[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(3): 20250298.
[9]	徐一铭, 史燚威, 王鑫, 朱志慧, 宋志国, 王敏. 新型三维单核Zn(II)配合物多位点协同催化单和双取代喹唑啉酮的绿色合成[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(2): 20250225.
[10]	聂川淇, 董富垚, 郭子薇, 程龙, 杨乃亮, 刘克松, 于存明, 江雷. SiO₂/PMMA超疏水透明复合涂层的制备及性能[J]. 高等学校化学学报, 2026, 47(1): 20250346.
[11]	闫峻琳, 李晓东, 刘东洋, 李明哲, 张粟. 稀土掺杂Bi_2－_x Gd _x MoO₆的合成及近红外反射性能[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(9): 20250088.
[12]	张明文, 周杰, 王兆宇. Pt/Cd-TiO₂选择性催化CO₂加氢反应的性能[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(9): 20250109.
[13]	惠辰洋, 徐晨晖, 杨洋, 刘佳伦, 李亚太, 郭振国, 杨真真, 张根磊. P-NiCoMo-LDH电催化5-羟甲基糠醛氧化制备2,5-呋喃二甲酸的性能[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(8): 20250126.
[14]	任书芳, 郭童, 王子涵, 刘亚慧, 陈雨, 曾俊菱. 基于二维Ti₃C₂T _x 纳米片/导电科琴黑复合材料聚甲基丙烯酸分子印迹电化学传感器的构建及多巴胺检测[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(7): 20250040.
[15]	龚文朋, 周林楠. 基于铈基金属有机骨架材料UiO-66-(COOH)₂构建的荧光法用于检测SO²₃^-[J]. 高等学校化学学报, 2025, 46(7): 20250062.