Angew. Chem. :铜钯双金属催化剂用于电催化选择性还原糠醛到2-甲基呋喃

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生物质是重要的可再生能源,在应对全球气候变化、保护生态环境等方面发挥着重要的作用。电催化加氢由于其绿色、安全、温和的反应条件,被认为是新一代的生物质转化路径。


然而,由于电催化加氢是在水系体系中进行,电催化水解析氢不可避免的成为了电催化加氢的有力竞争反应,降低了电催化加氢反应的法拉第效率;且在加氢过程中,缺乏控制加氢产物的手段和对反应机制的了解,最终造成反应效率低下。


近日,蒙纳士大学张杰副教授和武汉科技大学黄亮副教授合作,以生物质平台分子糠醛为研究对象,通过在传统铜催化剂中引入钯,成功提高了在温和pH下对产物2-{attr}3204{/attr}呋喃的选择性。

作者以MOF作为前体,通过高温煅烧得到拥有较高比表面积的铜催化剂,而后进一步通过置换反应得到铜钯双金属催化剂。相比于传统铜催化剂,铜钯双金属催化剂提高了产物2-甲基呋喃的选择性和电流密度,降低了反应过电位。在pH = 2.9的条件下,2-甲基呋喃的法拉第效率达到75%。对照试验表明2-甲基呋喃的生成和糠醇的生成是竞争关系,两者均由糠醛得到。

同时,原位拉曼和同位素标记实验表明, 钯的引入增强了催化剂表面的吸附氢,改善了糠醛在催化剂表面的吸附方式,从而提高了2-甲基呋喃的选择性。DFT计算也表明双金属催化剂能有效降低从反应中间体到2-甲基呋喃的电化学反应自由能,有利于2-甲基呋喃的生成,从而提高其选择性。

最终,该铜钯双金属催化剂在电催化糠醛选择性加氢中表现出高活性和对2-甲基呋喃的高选择性。该工作为设计用于生物质选择性加氢的电催化剂提供了一种新策略。

论文信息:

Electrochemical hydrogenation of furfural in aqueous acetic acid media with enhanced 2-methylfuran selectivity using CuPd bimetallic catalysts

Peng Zhou,Linbo Li,Venkata Sai Sriram Mosali,Yu Chen,Peng Luan,Qinfen Gu,David R Turner,Liang Huang,Jie Zhang

本文第一作者为蒙纳士大学博士周鹏


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202117809


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