Selective electrocatalytic hydrogenation of lignocellulose-derived 5-hydroxymethylfurfural with superior productivities

法拉第效率 化学 羟甲基糠醛 生物量(生态学) 电解质 呋喃 选择性 化学工程 糠醛 电极 有机化学 催化作用 物理化学 海洋学 地质学 工程类
作者
Dingyi Zhang,Guanwu Lian,Wenbin Zhang,Zhousheng Mo,Henan Chen,Baiyao Liang,Yun Zhang,Wei Zhao
出处
期刊:iScience [Cell Press]
卷期号:26 (10): 108003-108003 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.isci.2023.108003
摘要

Recently, valorization of biomass to value-added chemicals has drawn increasing attention due to carbon neutrality and sustainability. 5-Hydroxymethylfurfural is an important lignocellulose-derived biomass molecule. Herein, we have demonstrated the efficient electrocatalytic hydrogenation of 5-hydroxymethylfurfural to value-added 2,5-bis(hydroxymethyl)furan. An optimized electrolyzer with a highly electrolyte-permeable Pd cathode well balanced the selectivity, faradaic efficiency, and productivity. We have achieved high selectivity (97%) and faradaic efficiency (72%) at 50 mA cm-2 current density, and a record high productivity of 0.923 mmol cm-2·h-1 at 100 mA cm-2 current density, ∼2 times advanced compared with the best productivity in prior reports. We applied in situ infrared reflection-absorption spectroscopy to investigate the electrode-potential-dependent reaction pathways and mechanism, confirming that the highly selective hydrogenation of HMF is due to the tilted adsorption geometry through carbonyl group bonding to the surface of electrode. This work offers an opportunity for the sustainable electrocatalytic valorization of renewable lignocellulose-derived biomass with superior productivities approaching industrial level.
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