表面重构工程化过渡金属复合纳米片实现生物质衍生HMF绿色高效电催化转化为FDCA

为解决生物质衍生5-羟甲基糠醛(HMF)电催化氧化过程中高能耗和贵金属依赖问题，研究人员开发出新型Ni-Co PTA纳米片电催化剂。通过电沉积-溶剂热-原位活化制备的催化剂具有超薄六方纳米片结构和富集Ni3+/Co3+活性位点，在0.35 V(vs. HgO/Hg)条件下实现99.9%转化率和高FDCA产率，性能接近贵金属催化剂。该研究为生物质资源绿色转化提供了可规模化应用的可持续策略。

　　

这项突破性研究展示了一种创新的表面重构工程策略，成功制备出具有超薄六方纳米片结构的镍钴复合电催化剂。科研团队采用三步法工艺：先通过电沉积制备前驱体，再经溶剂热处理，最后进行原位电化学活化。令人惊叹的是，这种非贵金属催化剂在温和电位(0.35 V vs. HgO/Hg)下就能将生物质平台分子5-羟甲基糠醛(HMF)高效转化为2,5-呋喃二甲酸(FDCA)，转化率高达99.9%，性能直逼传统金/钯基贵金属催化剂。

深入机理研究发现，碱性电解过程促使致密氢氧化物前驱体重构为超薄纳米片，显著增大了电化学活性面积并降低电荷转移阻抗。通过X射线光电子能谱(XPS)和原位拉曼光谱证实了关键的Ni²⁺→Ni³⁺和Co²⁺→Co³⁺价态转变，这使得催化剂能在更低电位下形成高活性的NiOOH物种。更有趣的是，这种催化剂还展现出对甘油、尿素和甲醇等多种有机分子的广谱氧化活性，在实际应用浓度下仍保持优异性能。

该研究突破了非贵金属催化剂性能瓶颈，为生物质资源高值化利用提供了兼具经济性和可持续性的解决方案，在推动绿色化学合成工业化进程中具有重要里程碑意义。