Efficient and Selective Electrochemical and Photoelectrochemical Reduction of 5-Hydroxymethylfurfural to 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan using Water as the Hydrogen Source

羟甲基 化学 法拉第效率 催化作用 阳极 电化学 呋喃 阴极 光化学 无机化学 电极 有机化学 物理化学
作者
John J. Roylance,Tae‐Woo Kim,Kyoung‐Shin Choi
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:6 (3): 1840-1847 被引量:216
标识
DOI:10.1021/acscatal.5b02586
摘要

Reductive biomass conversion has been conventionally conducted using H2 gas under high-temperature and -pressure conditions. In this study, efficient electrochemical reduction of 5-hydroxymethylfurfural (HMF), a key intermediate for biomass conversion, to 2,5-bis(hydroxymethyl)furan (BHMF), an important monomer for industrial processes, was demonstrated using Ag catalytic electrodes. This process uses water as the hydrogen source under ambient conditions and eliminates the need to generate and consume H2 for hydrogenation, providing a practical and efficient route for BHMF production. By systematic investigation of HMF reduction on the Ag electrode surface, BHMF production was achieved with the Faradaic efficiency and selectivity nearing 100%, and plausible reduction mechanisms were also elucidated. Furthermore, construction of a photoelectrochemical cell (PEC) composed of an n-type BiVO4 semiconductor anode, which uses photogenerated holes for water oxidation, and a catalytic Ag cathode, which uses photoexcited electrons from BiVO4 for the reduction of HMF to BHMF, was demonstrated to utilize solar energy to significantly decrease the external voltage necessary for HMF reduction. This shows the possibility of coupling electrochemical HMF reduction and solar energy conversion, which can provide more efficient and environmentally benign routes for reductive biomass conversion.
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