Radical relay‐driven HMF oxidation enabled by single‐atom Co‐N‐C catalysts at low temperature and ambient pressure

催化作用 继电器 化学 Atom(片上系统) 环境压力 光化学 物理 有机化学 热力学 嵌入式系统 计算机科学 功率(物理)
作者
Ri‐Li Ge,Beibei Liu,Baojin Chen,Jialin Yang,Yukun Huang,Xianglin Cheng,Renfeng Nie
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aic.70053
摘要

Abstract The 5‐hydroxymethylfurfural (HMF) oxidation to 2,5‐furandicarboxylic acid (FDCA) is a pivotal reaction in biomass refinery; however, it is challenged by harsh reaction conditions and suboptimal reaction kinetics. In this study, we propose a “radical relay by single‐site catalysis” strategy to achieve HMF oxidation at low temperatures (80°C) and atmospheric oxygen conditions. Experimental results demonstrated that employing a Co‐N‐C catalyst, with CoN 3 as the primary active site and TBHP as radical initiator, enabled a 95% FDCA yield and corresponding productivity of 29.9 mmol·g metal −1 h −1 , which was 2.1 times higher than that observed without the initiator. Mechanistic investigations revealed that the isolated CoN 3 with TBHP effectively lowered the activation energy barrier for the molecular oxygen, facilitating the generation of superoxide radicals, thereby boosting HMF oxidation without high pressure O 2 . Furthermore, this strategy exhibited good versatility to various aldehydes, thus presenting a mild and environmentally friendly catalytic system for HMF oxidation.
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