An efficient electrocatalytic system composed of nickel oxide and nitroxyl radical for the oxidation of bio-platform molecules to dicarboxylic acids

硝基 催化作用 酒精氧化 木糖 化学 氧化物 二羧酸 组合化学 有机化学 发酵
作者
Kai Zhang,Zixiang Zhan,Minzhi Zhu,Haiwei Lai,Xinwei He,Weiping Deng,Qinghong Zhang,Ye Wang
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier]
卷期号:80: 58-67 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2023.01.039
摘要

Selective oxidation of biomass and its derivatives to dicarboxylic acids represents a promising route for biomass valorization. However, the co-presence of multiple functional groups in biomass molecules makes the selective oxidation of particular functional a challenging task. Here, we demonstrate an efficient electrocatalytic system consisting of nickel oxide (NiO) and a nitroxyl radical, i.e., 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) or 4-acetamido-TEMPO (ACT), for the selective oxidation of key bio-platform molecules including glucose, xylose and 5-hydroxymethylfurfural (HMF) into corresponding dicarboxylic acids, i.e., glucaric acid, xylaric acid, and 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA). NiO is clarified as the active catalyst for the oxidation of aldehyde in bio-platform molecules to carboxylic acid, while TEMPO or ACT is responsible for the oxidation of primary alcohol to aldehyde. The combination of NiO and TEMPO or ACT significantly accelerated the tandem oxidation of aldehyde and hydroxyl groups in glucose, xylose and HMF, thus achieving excellent yields (83%–99%) of dicarboxylic acids. Moreover, the combination catalyst enables the selective oxidation of glucose and xylose with high concentrations (e.g., 20 wt%), which offers a promising strategy for biomass valorization.
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