Dual‐Site Cascade Mechanism Over Vacancy‐Rich CoO/High‐Spin CoOOH Heterointerfaces Enables Highly Efficient and Ultrastable 5‐hydroxymethylfurfural Electrooxidation

催化作用 材料科学 密度泛函理论 分子 异质结 金属 化学工程 降级(电信) 生物量(生态学) 纳米技术 氧气 X射线光电子能谱 组合化学 级联 活性氧 可再生能源 石墨烯 光化学 激光烧蚀 氧化态 紫外线 反应机理 机制(生物学) 工作(物理)
作者
H J Wang,Hongyue Zhu,Dan Zhou,Xiaoming Li,Xianzhu Luo,Chong Li,Yiming Liu,Hongshuai Cao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.70985
摘要

ABSTRACT Electrocatalytic oxidation of 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5‐furandicarboxylic acid (FDCA) offers a sustainable route for biomass valorization into renewable polyester monomers. However, under alkaline conditions (pH 11.0), non‐precious metal catalysts struggle to achieve low overpotential, high FDCA selectivity, and ultralong stability simultaneously. Herein, density functional theory (DFT) calculations reveal that oxygen vacancy‐rich CoO substantially lowers the energy barrier for HMF to 5‐Hydroxymethyl‐2‐furancarboxylic acid (HMFCA) conversion, while low‐coordination high‐spin CoOOH effectively stabilizes the * OH intermediate to promote deep oxidation. Guided by these insights, we develop ultraviolet laser ablation combined with an electro‐oxidation activation strategy to construct an oxygen vacancy‐rich CoO/low‐coordination high‐spin CoOOH heterostructure catalyst. The catalyst delivers 10 mA cm −2 at merely 1.19 V (vs. RHE), with >98% HMF conversion, near‐100% FDCA selectivity, and stability exceeding 1000 h, setting a new benchmark for non‐precious metal catalysts under comparable conditions. Experiments and various in situ characterizations confirm that the synergistic optimization of the reaction pathway aligns closely with theoretical predictions. This oxygen vacancy‐induced low‐coordination high‐spin state regulation strategy exhibits excellent generality, successfully extended to Ni‐based systems, and demonstrates markedly enhanced performance across various biomass platform molecule electrooxidations. This work provides a new paradigm for designing efficient, stable, and cost‐effective non‐precious metal catalysts for biomass electro‐valorization.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
烟花应助路边一条采纳,获得10
1秒前
霸气豆芽完成签到 ,获得积分10
2秒前
4秒前
xiaowang发布了新的文献求助10
4秒前
小白完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
Hannah601发布了新的文献求助10
6秒前
自由的曼卉完成签到,获得积分10
7秒前
如常发布了新的文献求助10
9秒前
山佳发布了新的文献求助10
9秒前
智海瑞完成签到,获得积分10
10秒前
犹豫千亦完成签到,获得积分10
12秒前
阔达乐松完成签到 ,获得积分10
12秒前
文献求助完成签到,获得积分10
12秒前
mahuahua完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
fly完成签到,获得积分10
13秒前
13秒前
summer应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
我是老大应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
传奇3应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
14秒前
SciGPT应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
领导范儿应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
科研狗应助科研通管家采纳,获得100
14秒前
清爽电源应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
无极微光应助科研通管家采纳,获得20
14秒前
星辰大海应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
烟花应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
小蘑菇应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
在水一方应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
Jasper应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
星辰大海应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
顾矜应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
ding应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
molihuakai应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
无极微光应助科研通管家采纳,获得20
15秒前
思源应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
15秒前
高分求助中
The Graphene Handbook (2019 Edition) 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
IEST-RP-CC018: Cleanroom Cleaning and Sanitization: Operating and Monitoring Procedures 600
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 600
久松真一著作集〈第5巻〉禅と芸術 500
Fundamentals of Modern Mathematics: A Practical Review (Dover Books on Mathematics) 500
Cold War Transcended: Australia's China Policy, 1949-1990 470
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6599600
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8368833
关于积分的说明 17912541
捐赠科研通 5754362
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2954157
邀请新用户注册赠送积分活动 1929362
关于科研通互助平台的介绍 1824573