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非贵金属催化剂在羟甲基糠醛电氧化增值中的应用
杜磊, 刘兆清
高等学校化学学报    2023, 44 (5): 20220710-.   DOI:10.7503/cjcu20220710
摘要   (550 HTML15 PDF(pc) (13626KB)(183)  

羟甲基糠醛是呋喃类化合物, 具有价格低廉及来源广泛的优点, 可作为平台化合物用于制备其它高附加值产品. 传统的热催化氧化增值方法需要高温、 高压及贵金属催化剂, 造成经济效益的下降. 而电氧化方法不需要高温、 高压条件; 同时, 通过对电催化剂的合理设计, 非贵金属催化剂表面的羟甲基糠醛选择性转化已经得以实现, 从而避免使用大量贵金属. 因此, 通过电氧化方法对羟甲基糠醛平台化合物进行高附加值转化受到了广泛关注. 在羟甲基糠醛氧化的多种产物中, 羟基和醛基被全部氧化为羧基的产物——2,5-呋喃二甲酸, 被美国能源部列为“最具有价值的12种生物质衍生化学品”之一. 鉴于此, 本文介绍了羟甲基糠醛电氧化增值生产2,5-呋喃二甲酸的重要研究价值及相关非贵金属电催化剂的最新进展, 并对催化羟甲基糠醛电氧化反应的非贵金属催化剂的发展前景进行了展望.



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Fig.8 Electrochemical HMFOR performance using NiFe⁃LDHs catalyst[57]
(A) HPLC chromatogram traces of the various products at different reaction times following an HMF electrochemical oxidation reaction; (B) digital photograph showing the color change of the anodic electrolyte during the electrochemical HMF oxidation process; (C) concentration changes of HMF and its oxidation products with the time of chronoamperometric tests at 1.33 V vs. RHE; (D) HMF concentration changes during four successive cycles.
Copyright 2018, American Chemical Society.
正文中引用本图/表的段落
氧化物在高电势的碱性环境中极易转化为相应的氢氧化物以及羟基氧化物. 因此, 也有学者直接制备过渡金属氢氧化物和羟基氧化物并用于HMFOR. 如NiFe-LDHs催化剂在20 mA/cm2电流密度下的HMFOR电势仅为1.32 V, 远低于OER的电极电势(1.57 V)[57]. 在1.33 V(vs. RHE)条件下对HMF的选择性进行测试, 结果表明FDCA的产率和法拉第效率接近99.4%(图8). 在进一步提高电势的情况下, HMF的转化率会降低, 这主要是因为OER反应的发生; 降低电势至低于OER起始电位时FDCA的产率则会进一步提高至接近100%, 然而反应速度只有8.33×10-6 mmol/s[57]. 这些结果表明NiFe LDHs是将HMF氧化为FDCA的最具有活性和选择性的催化剂之一.
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