Simultaneous CO2 Reduction and 5-Hydroxymethylfurfural Oxidation to Value-Added Products by Electrocatalysis

电催化剂 电解 阳极 析氧 法拉第效率 化学 电解质 氧化还原 无机化学 甲酸 阴极 化学工程 催化作用 有机化学 电化学 物理化学 电极 工程类
作者
Jiahui Bi,Qinggong Zhu,Weiwei Guo,Pengsong Li,Shuaiqiang Jia,Jiyuan Liu,Jun Ma,Jianling Zhang,Zhimin Liu,Buxing Han
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (24): 8043-8050 被引量:82
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c02117
摘要

A typical CO 2 reduction reaction (CO 2 RR) electrolyzer is often carried out with sluggish kinetics of the oxygen evolution reaction (OER) as the accompanying anodic reaction, leading to a low value product in the anode and an undesired operation cost. To optimize the economic viability of the electrolyzer, it is important that both electrochemical half reactions produce value-added chemicals. However, the achievement of high efficiency at both half-cells simultaneously is very difficult, because in addition to the design of suitable catalyst and electrolyte, the potentials at each electrode should meet the optimized condition. Herein, for the first time, we report a cathodic CO 2 RR integrated with an anodic 5-hydroxymethylfurfural (HMF) oxidation reaction (HMFOR) to form a brand-new paired electrolysis system. Using PdO x /ZIF-8 (a Zn-based metal organic framework) as cathode and PdO as anode, the established electrolyzer only required a 1.06 V onset cell voltage for the efficient conversion of both CO 2 and HMF, in contrast to the 1.77 V for a conventional CO 2 RR–OER system. The CO Faradaic efficiency (FE) achieved 97.0% with a high current density of 103.5 mA·cm –2 for CO 2 RR, and the organic acid yield reached 84.3% for HMFOR including 20.0% of maleic acid (MA) and 64.3% of formic acid (FA). This paired electrolysis system was outstanding in terms of FE and current density. This work opens new avenues for the efficient conversion of CO 2 and biomass simultaneously.
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