Mechanistic Investigation of Biomass Oxidation Using Nickel Oxide Nanoparticles in a CO2-Saturated Electrolyte for Paired Electrolysis

电解 氧化镍 电解质 无机化学 化学 非阻塞I/O 本体电解 析氧 电解水 氧化还原 氢氧化物 氧化物 阳极 电化学 化学工程 电极 催化作用 有机化学 物理化学 工程类
作者
Seungwoo Choi,Mani Balamurugan,Kang‐Gyu Lee,Kang Hee Cho,Sunghak Park,Hongmin Seo,Ki Tae Nam
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (8): 2941-2948 被引量:122
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.0c00425
摘要

A highly efficient CO2 electrolysis system could be created by introducing biomass oxidation as an alternative anodic reaction to the sluggish oxygen evolution reaction in a CO2-saturated and near-neutral electrolyte. Here, we successfully demonstrate anodic biomass oxidation by synthesizing 5 nm nickel oxide nanoparticles (NiO NPs). NiO NPs show a unique electrocatalytic activity for 5-hydroxymethylfurfural (HMF) oxidation under near-neutral conditions, exhibiting an anodic current onset (1 mA cm–2) at 1.524 V versus the reversible hydrogen electrode and a total Faradaic efficiency of ≤70%. Electrokinetic and in situ ultraviolet–visible spectroscopic analyses suggest that a redox active nickel hydroxide species is formed on the surface of NiO electrocatalysts during HMF oxidation, and this oxidation of Ni(II) hydroxide to Ni(III) oxyhydroxide could be the rate-determining step. This mechanistic study of biomass oxidation in a CO2-saturated electrolyte provides insight into constructing a highly efficient system for the paired electrolysis of CO2 reduction and biomass oxidation.
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