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为解决过度依赖化石燃料带来的问题，研究人员开展了磷化铜（Cu3P）量子点作为双功能电催化剂用于 5 - 羟甲基糠醛（HMF）氧化还原反应的研究。结果显示其在特定条件下有较高法拉第效率，该研究为生物质转化提供了新途径。
在当今时代，化石燃料的广泛使用就像一把双刃剑。它为人类社会的发展提供了强大的动力，可随之而来的是大量的二氧化碳排放，气候变暖、冰川融化、极端天气增多等环境问题日益严峻。在这样的大背景下，寻找可再生资源替代化石燃料，成为了全球科研人员关注的焦点。生物质衍生化合物因其来源广泛、可再生的特点，逐渐进入人们的视野，其中 5 - 羟甲基糠醛（HMF）更是备受瞩目。
HMF 是一种非常神奇的有机化合物，它同时拥有羰基（C=O）、羟基（O-H）和呋喃环这三个功能基团，就像一个小小的 “能量库”，拥有很高的反应活性。它可以通过 C5和 C6糖类的酸催化脱水反应制得，是生物质升级过程中的关键平台分子。把 HMF 选择性地电氧化为 2,5 - 呋喃二甲酸（FDCA），或者还原为 2,5 - 双 (羟甲基) 呋喃（BHMF），都具有极大的价值。FDCA 可用于推动未来绿色化学和聚合物工业的发展，而 BHMF 后续能通过聚合反应合成聚氨酯和聚酯。
但传统生产 FDCA 的方法存在诸多弊端，往往需要在高温、高压的条件下进行，还得使用昂贵的贵金属催化剂，不仅成本高，对环境也不友好。在这样的情况下，开发高效的双功能电催化剂用于生物衍生有机底物的氧化和还原反应就显得尤为重要。
印度理工学院甘地讷格尔分校的研究人员积极投身于这一研究领域。他们成功制备出了磷化铜（Cu3P）量子点，并将其作为双功能电催化剂应用于 HMF 的氧化反应（HMFOR）和还原反应（HMFRR），还探索了其对 HMF 光催化氧化生成 FDCA 的性能。
研究人员采用湿胶体合成路线中的配体交换法来制备 Cu3P 量子点。先将亚磷酸三苯酯、十六烷基胺和十八烯混合加热，再加入溶解在甲醇中的 CuCl2，去除甲醇后继续加热，最后通过离心收集产物。利用这种方法制得的 Cu3P 量子点在不同条件下展现出了优异的催化性能。在 1M KOH 溶液中，当电流密度为 10mA cm-2时，HMFOR 的法拉第效率达到了 57%；在 pH 4 的 PBS 溶液中，电流密度为 -2mA cm-2时，HMFRR 的法拉第效率为 45% 。在光催化氧化 HMF 生成 FDCA 的实验中，也得到了重要成果，在未分隔体系中，以约 60% 的法拉第效率获得了具有经济价值的 FDCA，同时还展现出了低于 99% 的优异析氢反应（HER）活性。
该研究成果发表在《Catalysis Today》上，其意义非凡。Cu3P 量子点的成功制备和应用，为生物质转化提供了一种新的、高效且环境友好的途径。它可以在相对温和的条件下进行反应，降低了能源成本，减少了对环境的影响。这不仅有助于缓解全球能源危机和环境问题，还为相关产业的可持续发展提供了理论支持和技术参考。
研究人员在实验过程中主要运用了以下几种关键技术方法：首先是湿胶体合成技术，通过配体交换法制备 Cu3P 量子点；其次，采用电化学测试技术，测定不同条件下 HMFOR 和 HMFRR 的法拉第效率；此外，还利用光催化技术，探索 Cu3P 量子点对 HMF 光催化氧化生成 FDCA 的性能。
结果与讨论
研究人员通过湿胶体合成路线制备了 Cu3P 量子点。在这个过程中，各种反应物在特定的温度和条件下发生化学反应，最终生成了具有特定结构和性能的量子点。这种制备方法为后续研究其催化性能奠定了基础。
结论
Cu3P 量子点成功制备，它在碱性条件下对 HMFOR、在弱酸性条件下对 HMFRR 以及对 HMF 光催化氧化生成 FDCA 都表现出了良好的双功能催化性能。在未分隔体系中，不仅能以较高的法拉第效率得到经济价值高的 FDCA，还具有优异的 HER 活性。这一研究成果为生物质转化领域开辟了新方向，在未来的能源和化工产业中具有广阔的应用前景，有望推动相关行业朝着更加绿色、可持续的方向发展。
