Electrocatalytic Hydrogenation of 5‐Hydroxymethylfurfural Promoted by a Ru1Cu Single‐Atom Alloy Catalyst

催化作用 电化学 合金 电催化剂 化学 Atom(片上系统) 5-羟甲基糠醛 无机化学 冶金 材料科学 电极 物理化学 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Kaiyue Ji,Ming Xu,Simin Xu,Ye Wang,Ruixiang Ge,Xiaoyu Hu,Xiaoming Sun,Haohong Duan
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:61 (37): e202209849-e202209849 被引量:312
标识
DOI:10.1002/anie.202209849
摘要

Abstract Electrochemical reduction of biomass‐derived 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) represents an elegant route toward sustainable value‐added chemicals production that circumvents the use of fossil fuel and hydrogen. However, the reaction efficiency is hampered by the high voltage and low activity of electrodes (Cu, Bi, Pb). Herein, we report a Ru 1 Cu single‐atom alloy (SAA) catalyst with isolated Ru atoms on Cu nanowires that exhibits an electrochemical reduction of HMF to 2,5‐dihydroxymethylfuran (DHMF) with promoted productivity (0.47 vs. 0.08 mmol cm −2 h −1 ) and faradic efficiency (FE) (85.6 vs. 71.3 %) at −0.3 V (vs. RHE) compared with Cu counterpart. More importantly, the FE (87.5 %) is largely retained at high HMF concentration (100 mM). Kinetic studies by using combined electrochemical techniques suggest disparate mechanisms over Ru 1 Cu and Cu, revealing that single‐atom Ru promotes the dissociation of water to produce H* species that effectively react with HMF via an electrocatalytic hydrogenation (ECH) mechanism.
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