Non-precious Metal Catalysts for Electro-oxidation Upgrading of 5-Hydroxymethy Furfural

doi:10.7503/cjcu20220710

Abstract

Abstract:

Hydroxymethylfurfural is a furan compound， which is cheap and widely available， and can be used as a platform chemical to generate value-added products. Traditional thermo-catalytic methods always require high temperature， high pressure， and precious metal catalysts， leading to low economic benefits. By contrast， the electro-catalytic methods do not require harsh conditions including high temperature and high pressure； meanwhile， by using well-designed non-precious metal electrocatalysts， the selective conversion of hydroxymethylfurfural has been achieved， i.e.， using precious metal catalysts is not necessary. Reasonably， the upgrading of hydroxymethylfurfural platform compounds via electro-oxidation methods has received extensive attention. Among the various products， 2，5-furandicarboxylic acid was crowned as one of the most valuable twelve biomass-derived chemicals by the department of energy of the united states. In this regard， this paper focuses on the electro-oxidation of hydroxymethyl furfural to generate 2，5-furandicarboxylic acid and review the research progress of non-noble metal catalysts. Finally， prospects for the development of non-precious metal catalysts for the electrooxidation of hydroxymethyl furfural are provided.

Key words: Hydroxymethylfurfural, Furandicarboxylic acid, Electro-oxidation, Electro-upgrading, Non-precious metal catalyst

CLC Number:

O646

TrendMD:

DU Lei, LIU Zhaoqing. Non-precious Metal Catalysts for Electro-oxidation Upgrading of 5-Hydroxymethy Furfural[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(5): 20220710.

Figures/Tables 12

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Value⁃added product	Application
DFF	Synthesis of antifungal drugs， organic conductors， heterocyclic ligands， etc.
HMFCA	Synthesis of polyester intermediates， anti⁃tumor drugs， interleukin inhibitors， etc.
FFCA	Synthesis of surfactants， resins， etc.
FDCA	Synthesis of monomer for PEF， succinic acid， etc.

Value⁃added product	Application
DFF	Synthesis of antifungal drugs， organic conductors， heterocyclic ligands， etc.
HMFCA	Synthesis of polyester intermediates， anti⁃tumor drugs， interleukin inhibitors， etc.
FFCA	Synthesis of surfactants， resins， etc.
FDCA	Synthesis of monomer for PEF， succinic acid， etc.

Catalyst	c（HMF）/（mmol·L^-1）	Potential/V（vs. RHE）	CD ^a /（mA·cm^-2）	FC ^b （%）	FE ^c （%）	Ref.
Ni₃S₂	10	1.423	>200	95	98	［49］
Ni₂P NPA	10	1.423	>200	100	100	［50］
Co⁃P	50	1.423	50	90	90	［47］
Ni₃N@C	10	1.38	50	98	99	［51］
Ni_xB	10	1.45	100	98.5	100	［52］
CoB	10	1.39	10	94	98	［53］
NiO/Ni（OH）₂	5			71	84	［54］
CoO⁃CoSe₂	10	1.3	1	99	97.9	［55］
ZnCo₂O₄	50	1.23	1	93.7	94	［56］
NiFe⁃LDHs	10	1.32	20	99.4	99.4	［57］
NiCoFe⁃LDHs	5	1.51	20	95.5	84.9	［58］
NiOOH	5			96	96	［59］
CoOOH	5			35.1	35.1	［59］
FeOOH	5			1.59	1.59	［59］

Catalyst	c（HMF）/（mmol·L^-1）	Potential/V（vs. RHE）	CD ^a /（mA·cm^-2）	FC ^b （%）	FE ^c （%）	Ref.
Ni₃S₂	10	1.423	>200	95	98	［49］
Ni₂P NPA	10	1.423	>200	100	100	［50］
Co⁃P	50	1.423	50	90	90	［47］
Ni₃N@C	10	1.38	50	98	99	［51］
Ni_xB	10	1.45	100	98.5	100	［52］
CoB	10	1.39	10	94	98	［53］
NiO/Ni（OH）₂	5			71	84	［54］
CoO⁃CoSe₂	10	1.3	1	99	97.9	［55］
ZnCo₂O₄	50	1.23	1	93.7	94	［56］
NiFe⁃LDHs	10	1.32	20	99.4	99.4	［57］
NiCoFe⁃LDHs	5	1.51	20	95.5	84.9	［58］
NiOOH	5			96	96	［59］
CoOOH	5			35.1	35.1	［59］
FeOOH	5			1.59	1.59	［59］

Compound	ΔH_f^FERE/（kJ·mol^-1）	ΔH_f^exp/（kJ·mol^-1）	Compound	ΔH_f^FERE/（kJ·mol^-1）	ΔH_f^exp/（kJ·mol^-1）
CuO	-0.81	-0.82	FeO	-1.32	-1.41
CuS	-0.34	-0.28	Fe₂O₃	-1.74	-1.71
Cu₂S	-0.30	-0.28	Fe₃O₄	-1.71	-1.66
Cu₃P	-0.08	-0.17	FeS	-0.61	-0.52
NiO	-1.26	-1.24	CoO	-1.34	-1.23
Ni₂O₃	-1.07	-1.01	Co₃O₄	-1.41	-1.32
NiS	-0.51	-0.43	CoS	-0.43	-0.43
Ni₃S₂	-0.52	-0.42	Co₃S₄	-0.53	-0.53
Ni₃P	-0.48	-0.54