【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所環(huán)境與能源納米材料中心尹華杰研究員團(tuán)隊(duì)在5-羥甲基糠醛高效轉(zhuǎn)化為2,5-呋喃二甲酸方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。
利用可再生能源將生物質(zhì)衍生分子(如5-羥甲基糠醛(HMF))轉(zhuǎn)化為高附加值產(chǎn)品，同時(shí)實(shí)現(xiàn)制氫，為可持續(xù)化學(xué)品和能源的制備提供了廣闊的機(jī)遇。然而，HMF的氧化及電化學(xué)氧化過程通常需要強(qiáng)堿條件和膜的使用。在強(qiáng)堿環(huán)境下，HMF不穩(wěn)定，易形成低聚物，從而降低產(chǎn)物的純度，并且產(chǎn)物往往以羧酸鹽的形式存在，增加了分離的難度；而膜的使用則進(jìn)一步增加了轉(zhuǎn)化成本。
基于此，研究人員提出了一種兩步解耦系統(tǒng)，在無強(qiáng)堿、無膜條件下驅(qū)動(dòng)了HMF高效氧化。通過引入NixCo1-x(OH)2作為氧化還原介質(zhì)，在兩步解耦體系中實(shí)現(xiàn)了HMF向2,5-呋喃二甲酸(FDCA)的無堿轉(zhuǎn)化(圖1)。這種解耦策略能夠成功耦合兩種不同電解質(zhì)中的反應(yīng)：堿性電解質(zhì)中的析氫反應(yīng)和HMF水溶液中的HMF氧化反應(yīng)。在該兩步系統(tǒng)中，H2和FDCA的單獨(dú)生產(chǎn)有效地解決了強(qiáng)堿和膜帶來的挑戰(zhàn)。
研究結(jié)果表明，氧化還原介質(zhì)通過捕獲底物中的氫來促進(jìn)氧化；Co的引入加速了底物脫氫，從而提高了HMF的氧化速率；Ni0.85Co0.15OOH能夠促進(jìn)HMF高效脫氫，產(chǎn)物2,5-呋喃二甲酸的選擇性和產(chǎn)率均接近100%。研究人員將該系統(tǒng)擴(kuò)展到多種反應(yīng)物的氧化，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)率均超過92%。此外，通過用流動(dòng)電極取代固定電極，驗(yàn)證了解耦策略的可擴(kuò)展性。該策略不僅具有良好的生產(chǎn)放大潛力，還可擴(kuò)展至其他底物的氧化反應(yīng)，為有機(jī)合成、產(chǎn)品分離及制氫提供了可持續(xù)的解決方案。
上述研究得到了國家自然科學(xué)基金的支持。
圖. 兩步解耦系統(tǒng)的示意圖。
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