5-羥甲基糠醛(HMF)的氧化產物2,5-呋喃二甲酸(FDCA)與對苯二甲酸(PTA)的結構相似,可在工業生產中作為PTA的替代品。
電催化氧化5-羥甲基糠醛包含兩個關鍵步驟:1. 電驅動的催化劑脫氫步驟;2. HMF在活性位點上的自發氧化步驟。認識二者的協同機制是深入理解催化反應的關鍵環節。
北京化大研究團隊通過Co摻雜Ni(OH)2獲得了NiCo氫氧化物(NiCo),隨后在NiCo表面負載Pd納米團簇制備了Pd/NiCo催化劑。以Pd/NiCo為研究對象探討了5-羥甲基糠醛氧化反應中催化劑的脫氫步驟和底物吸附的協同機制,深化了對此類氧化反應的理解和認識。分別使用Co摻雜和Pd負載的策略分別對催化劑表面脫氫和HMF在活性位點上自發氧化步驟進行優化,在降低催化劑脫氫能的同時提升了5-羥甲基糠醛吸附的反應動力學。
成鍵分析和對比實驗揭示了Pd與HMF中共軛環的相互作用,即Pd物種通過軌道雜化與HMF中的共軛環形成d-σ鍵,改善了催化劑對HMF的吸附作用,從而增加了Ni3+-O活性物種與5-羥甲基糠醛的接觸概率。
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