Decoupling C–H Activation and Overoxidation via Partially Oxidized Clusters for Electrooxidation of Tetrahydrofurfuryl Alcohol to Tetrahydrofuroic Acid

化学 解吸 催化作用 密度泛函理论 选择性 红外光谱学 解耦(概率) 布朗斯特德-洛瑞酸碱理论 电解质 吸收光谱法 光谱学 星团(航天器) 无机化学 光化学 纳米颗粒 电化学 电解 反应性(心理学) 离子 吸收(声学) 环己烯 组合化学 纳米片 苯乙烯 电子效应
作者
Zhicheng Hu,Kai Wan,Jie Zhang,Guifa Long,Zhiyong Fu,Wenbo Liu,Zhenxing Liang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c12895
摘要

Abstract Selective electrooxidation of biomass-derived tetrahydrofurfuryl alcohol (THFA) to tetrahydrofuroic acid (THFCA) is a highly valuable pathway for sustainable chemical synthesis, which is fundamentally constrained by a paradoxical relationship: Facile C–H bond activation is coupled with sluggish desorption of the product. Herein, a partially oxidized cluster anchored on a TiO2 nanosheet (Ru–Ru(O) Cluster/TiO2) is developed to circumvent the contradiction through precise coordination engineering. X-ray absorption fine structure spectroscopy reveals unique Ru–Ru(O) clusters featuring concurrent Ru–Ru and Ru–O coordination, resulting in electronic properties distinct from both single-atom and nanoparticle regimes. Density functional theory calculations and in situ attenuated total reflection surface-enhanced infrared absorption spectroscopy reveal that the coordination-unsaturated Ru–O bonds and the moderate Ru 4d-band center facilitate facile THFA activation, while the electron-rich Ru centers modulated by Ru–Ru bonds promote the timely desorption of THFCA, thereby decoupling the contradiction between THFA reactivity and THFCA selectivity. As a result, the Ru–Ru(O) Cluster/TiO2 achieves a superior THFA-to-THFCA current density of 65 mA cm–2 with 85% THFCA selectivity at 1.9 V vs RHE. An anion exchange membrane flow electrolyzer equipped with the Ru–Ru(O) Cluster/TiO2 catalyst achieves a high current of 300 mA at 2.25 V and steadily operates for 75 h. Techno-economic analysis demonstrates that the scaled-up Ru–Ru(O) Cluster/TiO2 electrocatalytic process achieves a low total production cost of 6.79 USD kg–1, representing a 72% cost saving over conventional thermocatalytic routes and highlighting its potential for industrial application.
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
刚刚
刚刚
1秒前
1秒前
学不懂数学完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
十八发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
3秒前
科研通AI6.4应助GJH采纳,获得10
3秒前
3秒前
4秒前
4秒前
4秒前
11完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
阳光花丝完成签到,获得积分10
5秒前
李有财完成签到,获得积分10
5秒前
nnn完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
斯文败类应助嘻嘻采纳,获得10
6秒前
6秒前
101完成签到 ,获得积分10
6秒前
布布完成签到,获得积分10
7秒前
九千七完成签到 ,获得积分10
7秒前
HMCTG完成签到 ,获得积分20
7秒前
8秒前
8秒前
8秒前
8秒前
8秒前
8秒前
ChengLion001发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
现在拨打完成签到,获得积分10
9秒前
lsh完成签到,获得积分10
9秒前
超帅的无心完成签到,获得积分20
9秒前
yusei发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
1 Peter and Christ's Descent to the Dead in Its Early Christian Reception 700
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
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 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7739677
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9288578
关于积分的说明 20190596
捐赠科研通 7317824
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3306203
关于科研通互助平台的介绍 2458615
邀请新用户注册赠送积分活动 2316238