Enhancing β ‐O‐4 Linkage Cleavage with Ultrahigh Faradaic Efficiency via Electrochemical–Chemical Tandem Catalysis for Lignin Valorization

串联 材料科学 电催化剂 法拉第效率 木质素 电化学 催化作用 脱氢 解聚 键裂 吸附 化学工程 有机化学 无机化学 组合化学 电极 化学 物理化学 复合材料 工程类
作者
Cairong Wang,Qingyu Luo,Leitao Xu,Zhongcheng Xia,Yangyang Zou,Yangyang Zou,Yulu Yang,Yuanqing He,Shuangyin Wang,Yuqin Zou,Yuqin Zou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (43): e08234-e08234 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adma.202508234
摘要

Abstract The electrocatalytic cleavage of β ‐O‐4 linkages in lignin has gained prominence as a sustainable strategy for biomass valorization. However, its broader application remains limited by key challenges, such as low Faradaic efficiency (FE), high oxidation potentials, and limited mechanistic understanding. To address these limitations, an electrochemical–chemical tandem catalysis system is developed for the electrooxidation of 2‐phenoxy‐1‐phenylethanol (PPE). Mechanistic investigations revealed a two‐step tandem process in PPE cleavage: i) electrochemical dehydrogenation of the C α ─OH groups, followed by ii) non‐electrochemical C α ─C β bond cleavage. The improved cleavage efficiency can be primarily attributed to the accelerated electrocatalytic dehydrogenation step. To optimize the adsorption of OH − and PPE molecules during electrocatalysis, an Au‐nanoparticle‐decorated CuO nanoflakes (Au/CuO) electrocatalyst is designed. Comprehensive characterization techniques demonstrated that Au nanoparticles act as active sites for C α ─OH oxidation, while the CuO substrate facilitates PPE adsorption. Notably, the Au/CuO electrode achieved high product yields of 99.2% phenol and 80.2% benzoic acid at 0.95 V RHE , with a record‐high FE of 74.7% for PPE conversion. Furthermore, the catalytic strategy was successfully extended to the depolymerization of organosolv lignin (OL). This study elucidates an electrochemical–chemical tandem mechanism for the electrocatalytic cleavage of lignin and presents an efficient electrocatalyst with high FE for lignin depolymerization.
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