Visible‐Light‐Driven Additive‐Free Photocatalytic Oxidation of Furfural to Maleic Acid and Green Hydrogen

X射线光电子能谱 光催化 马来酸 光化学 化学 制氢 氮化碳 材料科学 催化作用 无机化学 化学工程 有机化学 共聚物 工程类 聚合物
作者
Rajat Ghalta,Rajendra Srivastava
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:18 (19): e202501124-e202501124 被引量:5
标识
DOI:10.1002/cssc.202501124
摘要

Developing additive‐free photocatalytic systems capable of simultaneously valorizing biomass and producing green hydrogen under visible light remains a key challenge in sustainable chemistry. Herein, a PdRu bimetallic Z‐scheme photocatalyst (1.5Pd3Ru@OCN/WO 3 ) that selectively oxidizes furfural while splitting water, yielding a hydrogen evolution rate of 22.33 mmol g −1 h −1 and maleic acid with high productivity (6.69 mmol g −1 h −1 ) and selectivity (85%) is presented. The product selectivity between maleic acid and maleic anhydride can be precisely controlled by adjusting the solvent conditions. The performance of the catalyst is attributed to the decorated PdRu alloy nanoparticles, which provide intimate contact and exploit the low Fermi level of metals for electron trapping and proton activation, confirmed by photoelectrochemical studies. The OCN/WO 3 Z‐scheme heterojunction facilitates directional charge migration, confirmed through Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS), Valence Band X‐ray Photoelectron Spectroscopy (VB‐XPS), Mott–Schottky (MS), and in situ XPS analyses. Further investigation of charge dynamics using photoluminescence, electrochemical impedance spectroscopy, transient photocurrent measurements, and time correlated single photon counting reveals prolonged charge carrier lifetimes and reduced recombination. Electron Paramagnetic Resonance (EPR), DMPO spin‐trapping, and Electrospray Ionization Mass Spectrometry (ESI‐MS) studies elucidate a radical‐mediated oxidation pathway involving O 2 • − , •OH, and a key intermediate (C 5 H 3 O 2 •). A comprehensive green metrics assessment under batch process demonstrates excellent atom economy, low E‐factor, and high material recovery, validating the catalyst's sustainability.
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