通过串联催化降低氧气活化能，在中性电解质中实现选择性生物质增值转化

《ACS Catalysis》：Selective Biomass Valorization in Neutral Electrolyte by Lowering the O2 Activation Energy via Tandem Catalysis

HMF在温和条件下通过双催化系统实现高效选择性氧化生成FDCA/FFCA，采用电化学O?活化产生H?O?作为氧化剂，突破传统氧化高活化能限制，达100%转化率和13.19 mmol g?1 h?1产率，适用于多类底物氧化。

　　

传统的好氧氧化方法在处理5-羟甲基呋喃（HMF）时面临诸多挑战，主要源于氧气（O₂）的低溶解度和高活化能，这些因素阻碍了2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的高效生成。我们提出了一种串联催化系统，该系统降低了O₂的活化能，从而在温和条件下实现HMF的有效且选择性氧化，生成FDCA或5-甲酰-2-呋喃酸（FFCA）。为克服热催化过程中O₂的高活化能问题，采用了电化学方法活化O₂，以高效生成过氧化氢（H₂O₂）作为氧化剂，将HMF转化为FDCA或FFCA。该串联催化系统在长达170小时的运行时间内，实现了累计FDCA产率为2.21 mol g_Ru^–1、HMF转化率为100%以及产物选择性为100%的优异性能，平均产率为13.19 mmol g_Ru^–1 h^–1。这一成果超过了大多数在温和条件下进行的好氧氧化方法。进一步的研究表明，H₂O分解产生的羟基（OH）直接与HMF中的醛基反应生成羧基，而过氧化氢则作为氧化剂从HMF或其反应中间体中夺取电子。此外，该催化系统能够高效氧化结构多样的底物（从乙醇到甘油），显示出其广泛的适用性。