Constructing Heteronuclear Bridging Atoms toward Bifunctional Electrocatalysis

异核分子 双功能 电催化剂 塔菲尔方程 析氧 制氢 催化作用 化学 阳极 无机化学 化学工程 电化学 物理化学 核磁共振波谱 有机化学 电极 工程类
作者
Minkai Qin,Jiadong Chen,Menghui Qi,Hao Wang,Shanjun Mao,Lingling Xi,Yong Wang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:14 (11): 8414-8426 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acscatal.4c01705
摘要

Superseding the oxygen evolution reaction with the thermodynamically favorable and economically attractive organic oxidation reaction is crucial to acquiring eco-friendly hydrogen production via an electrochemical process coupled with renewable energy. A bifunctional electrocatalyst, Ru@NixCo1–x(OH)2, featuring a dandelion-liked structure and assembled into a two-electrode configuration, requires a voltage of 1.35 V for cathode H2 and anode 2,5-furandicarboxylic acid. The heteronuclear bridging atoms at the Ru–Ni sites accelerate water splitting through the Volmer–Tafel mechanism and enhance the *H coverage, as demonstrated by in situ spectroscopy and electrochemical analysis. Simultaneously, the Ru–Co sites serve as adsorption sites for 5-hydroxymethylfurfural, achieving 100% Faradic efficiency and selectivity. Upon upscaling the configuration to a 2 × 2 cm2 membrane electrode assembly reactor, an FDCA production rate of 243 mg/h was achieved, with electricity savings of approximately 0.67 kWh/m3 (H2). This work offers a promising avenue for concurrent hydrogen production and biomass upgrading with industrial practicability.
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