Interfacial Electronic Modulation of Co 3 O 4 /CeO 2 Heterojunction for Optimizing C–C Bond Cleavage and Intermediate Adsorption in Glycerol Oxidation to Glycolic Acid

材料科学 劈理(地质) 乙醇酸 异质结 吸附 电化学 选择性 氧化还原 键裂 甘油 电催化剂 光化学 协同催化 反应中间体 化学工程 无机化学 产量(工程) 催化作用 电子转移 水溶液 反应机理 活动中心 酸催化 催化氧化 组合化学 酶催化 光催化 有机化学 化学
作者
Shuang Wei,Sheng Zhong,Chao Bao,Lin‐Bo Huang,Kexin Li,Ruirui Wang,Bin He,Ruirui Zhang,Ruixia Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (44): 60721-60732 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.5c18111
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide The selective electrocatalytic oxidation of glycerol to high-value C2–C3 chemicals offers a promising approach to glycerol overproduction, while it struggles with precise C–C cleavage and limited selectivity from multiple pathways. Regulating the adsorption capacity of glycerol oxidation intermediates and the degree of C–C bond cleavage through the interfacial electronic structure of electrocatalysts is crucial for controlling C2–C3 selectivity. Herein, a self-supported p-n heterojunction catalyst (Co 3 O 4 /CeO 2 ) is developed for the efficient electrocatalytic oxidation of glycerol to C2 chemicals, achieving a glycolic acid selectivity of 42%, with a yield of 19.6 μmol cm –2 h –1 . The built-in electric field enables rapid interfacial charge transfer from CeO 2 to Co 3 O 4, which leads to the upshifted d-band center of active Co 3 O 4 . Electrochemical characterization and theoretical calculations demonstrate that the heterojunction promotes the adsorption of hydroxyl species and glycerol, thereby enhancing the activity of the glycerol oxidation reaction (GOR). Concurrently, the optimized electron cloud distribution of Co 3 O 4 active sites strengthens the adsorption of oxygen-containing intermediates while weakening the adsorption of glycolic acid and suppresses the further cleavage of C–C bonds, thus increasing glycolic acid selectivity. This study clarifies the redox kinetic adsorption regulation mechanism of the Co 3 O 4 /CeO 2 heterojunction catalyst and provides a highly promising electrocatalyst design strategy for the production of high-value-added C2 products via glycerol oxidation.
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