揭示FeO/NiO/Ni体系中氧空位在促进5-羟基甲基呋喃电氧化反应中的作用

《AIChE Journal?AIChE》：Unlocking the role of oxygen vacancies in FeO/NiO/Ni for boosting 5-hydroxymethylfurfural electrooxidation

氧空位FeO/NiO/Ni催化剂高效催化5-羟甲基糠醛（HMF）氧化生成2,5-呋喃二羧酸（FDCA），实现100%转化率、98.6%选择性和94.1%法拉第效率，优于多数非贵金属催化剂，其活性源于氧空位促进Ni3+形成及催化功能增强。

　　

摘要

5-羟基甲基呋喃（HMFOR）的电催化氧化为高附加值化学品提供了一种能源效率高的途径。目前迫切需要高性能的非贵金属催化剂。本文合成了氧缺陷型FeO/NiO/Ni催化剂，该催化剂在HMFOR氧化反应中表现出优异的性能：转化率达到100%，2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的选择性为98.6%，在1.5 V（相对于RHE）下的法拉第效率为94.1%，这些性能均优于大多数已报道的非贵金属催化剂。FeO/NiO/Ni的高催化活性归因于其较大的比表面积以及氧空位对HMF的增强吸附和活化作用，从而降低了5-羟基甲基-2-呋喃甲酸（*HMF*）向5-甲酰基呋喃甲酸（*FFCA*）转化的速率限制步骤的能量障碍。Ni³⁺作为HMF直接氧化反应的活性位点，而Fe的掺杂会生成氧空位，这些氧空位有助于Ni³⁺物种的形成和稳定，进而提升其催化活性。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

作者声明，本研究结果的相关支持材料可在本文的“支持信息”部分找到。图1中的透射电子显微镜和扫描电子显微镜图像数据、图2中的XRD、XPS和电子顺磁共振测试结果、图3中的同步辐射数据、图4中的液相色谱测试结果、图5中的原位阻抗数据以及图6中的原位拉曼数据均以.zip文件的形式提供在支持信息中。文中其他解释性图表也包含在支持信息中。本研究中的所有实验数据均可使用文章中描述的实验方法重复获得。