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Perfect Carbon Balance in Electrooxidation of 5‐Hydroxymethylfurfural to Formic Acid Over Fe‐MoS 2

甲酸 催化作用 化学 密度泛函理论 法拉第效率 碳纤维 化学工程 介孔材料 无机化学 碳纳米管 产量(工程) 选择性 价(化学) 羧酸 电化学 化学稳定性 材料科学 纳米技术 工作职能 工作(物理) 组合化学 石墨烯
作者
Ruozhan Pan,Bo Gao,Chaozheng Zhou,Baorui Song,Yuanlong Guo,Song Xu,Wenzhuo Wu,Qun Xu
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:: e74215-e74215
标识
DOI:10.1002/smll.74215
摘要

ABSTRACT The selective catalytic conversion of biomass‐derived 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) into high‐value chemicals represents a critical pathway toward sustainable chemical synthesis and carbon neutrality. However, precise control over the oxidation degree to avoid over‐oxidation to CO 2 remains a formidable challenge. Herein, we report a two‐dimensional (2D) Fe‐MoS 2 catalyst that enables highly selective electrooxidation of HMF to formic acid (FA) with near‐complete carbon retention. Leveraging the unique electronic structure of the MoS 2 substrate, the Fe‐MoS 2 catalyst achieves a FA yield of 86% and a Faradaic efficiency of 95% at an applied potential of 1.52 V vs. RHE, alongside excellent cycling stability and a nearly 100% carbon balance. Mechanistic investigations reveal that the high work function and suitable valence band position of Fe‐MoS 2 create an electron‐rich interface that stabilizes carboxylic acid intermediates, while its large specific surface area and mesoporous architecture physically suppress over‐oxidation. Density functional theory (DFT) calculations further demonstrate a lower energy barrier for FA stabilization, promoting selective oxidative bond cleavage. This work highlights the critical role of modulating catalytic selectivity for providing 100% carbon balance in biomass valorization.
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