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?上硅所/華科AM：β-Ni(OH)2電極的S物種激發(fā)的高價Ni2+δ選擇性氧化5-羥甲基糠醛

時間：2023-02-09 來源： 瀏覽：

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從5-羥甲基糠醛（HMF）到2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的傳統(tǒng)氧化過程需要使用貴金屬催化劑，且需要較高的壓力（1-40 bar）和溫度（50-160°C）條件。
基于此， 中國科學院上海硅酸鹽研究所嚴雅副研究員，王現(xiàn)英研究員，華中科技大學夏寶玉教授（共同通訊作者）等人 報道了NiS x 修飾的 β -Ni(OH )2 電極對5-羥甲基糠醛的選擇性氧化（HMFOR），其選擇性、轉化率和法拉第效率分別為99.4%、97.7%和98.3%。NiS x 的修飾將在重建的δ-Ni(OH) 2 電極中激發(fā)出高價Ni 2+δ 物種，這是HMFOR的真正活性物種。
作者使用DFT計算研究了Ni-OH的脫氫動力學，在S-Ni-OH、Ni 3 S 2 -OH-Ni和Ni 6 S 4 -OH-Ni的配位條件下，三者的脫氫自由能分別為4.38、3.73和2.52 eV，而 β -Ni(OH) 2 的脫氫自由能為4.64 eV。
這一結果表明，NiS x 的引入可以顯著地促進脫氫動力學。也就是說，Ni 3 S 2 的形成促進了 β -Ni(OH) 2 向實際催化相NiOHO的轉變。
作為HMFOR的關鍵步驟，HMF在催化劑表面的吸附對其與中間體NiOHO的自發(fā)反應非常重要。NiS x 可以改變HMF的吸附行為，摻雜S有利于HMF的吸附。單原子S摻雜對吸附能力的影響很小，而Ni 3 S 2 基團的形成對HMF的吸附有很大的促進作用。
特別是在Ni 6 S 4 /NiOHO上，表面脫氫O位和Ni 6 S 4 中配位不飽和的Ni作為HMF的雙重吸附中心。與NiS x / β -Ni(OH) 2 催化劑相比，脫氫結構NiS x /NiOHO對HMF的吸附更有利，說明脫氫相可能是催化劑的實際催化中心。
S Species-Evoked High-valence Ni 2+δ of the Evolved β -Ni(OH) 2 Electrode for Selective Oxidation of 5-hydroxymethylfurfural. Adv. Mater. , 2023 , DOI: 10.1002/adma.202211177.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202211177.
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