Engineering Oxygen Intermediates Adsorption on Amorphous NiFe Alloys for Highly Active and Selective Electrochemical Biomass Conversion

选择性 电化学 吸附 无定形固体 析氧 材料科学 化学工程 氧气 合金 无机化学 化学 催化作用 有机化学 物理化学 电极 工程类
作者
Bin Liu,Lei Shi,Weizheng Cai,Feng Zhang,Si‐Qi Li,Xinyang Liu,Yunyi Liu,Peidong Ren,Bin Li,Song Liu,Song Liu,Bin Liu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (18): e202424345-e202424345 被引量:31
标识
DOI:10.1002/anie.202424345
摘要

Electrochemical 5-hydroxymethylfurfural (HMF) oxidation reaction (HMFOR) offers a promising route to transform biomass into value-added chemicals. However, the competing oxygen evolution reaction (OER) greatly limits the HMFOR selectivity. Herein, we report a facile doping strategy to engineer oxygen intermediates adsorption on amorphous NiFe alloys to boost highly selective electrochemical HMF oxidation to produce 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), among which, amorphous Mn-doped NiFeB alloy displays a low HMFOR onset potential of 1.35 V vs. RHE, achieving 100 % HMF conversion with 88 % FDCA selectivity at an applied potential of 1.4 V vs. RHE, outperforming amorphous NiFeB (73 % FDCA selectivity) and Mo-doped NiFeB (65 % FDCA selectivity) alloys. Experimental characterizations suggest that the introduction of Mn/Mo into amorphous NiFeB alloy can increase/decrease its electronic density and thus strengthen/weaken oxygen intermediates adsorption. Operando experiments indicate that the amorphous Mn-doped NiFeB alloy can significantly reduce the onset potential to form active Ni3+ species, which spontaneously react with HMF via nucleophile dehydrogenation to form FDCA. Furthermore, in situ infrared spectroscopy measurements verify that the HMF oxidation pathway follows the 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid (HMFCA) route rather than the 2,5-diformyfuran (DFF) route.
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