Steering Selectivity in Electrocatalytic Furfural Reduction via Electrode–Electrolyte Interface Modification

化学 电解质 选择性 糠醛 电极 电催化剂 法拉第效率 可逆氢电极 糠醇 吸附 化学工程 无机化学 电化学 有机化学 催化作用 参比电极 物理化学 工程类
作者
Kaiyue Ji,Y. Liu,Ye Wang,Kejian Kong,Jing Li,Xiang Liu,Haohong Duan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (17): 11876-11886 被引量:110
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00818
摘要

Electrocatalytic reduction of biomass-derived furfural (FF) represents a sustainable route to produce furfuryl alcohol (FA) and 2-methylfuran (MF) as a value-added chemical and a biofuel, respectively. However, achieving high selectivity for MF as well as tuning the selectivity between FA and MF within one reaction system remain challenging. Herein, we have reported an electrode-electrolyte interface modification strategy, enabling FA and MF selectivity steering under the same reaction conditions. Specifically, by modifying copper (Cu) electrocatalysts with butyl trimethylammonium bromide (BTAB), we achieved a dramatic shift in selectivity from producing FA (selectivity: 83.8%; Faradaic efficiency, FE: 68.9%) to MF (selectivity: 80.1%; FE: 74.8%). We demonstrated that BTAB adsorption over Cu modulates the electrical double layer (EDL) structure, which repels interfacial water and weakens the hydrogen-bond (H-bond) network for proton transfer, thus impeding FF-to-FA conversion by suppression of the hydrogen atom transfer (HAT) process. On the contrary, FF-to-MF conversion was less affected. This work shows the potential of engineering of the electrode-electrolyte interface for selectivity control in electrocatalysis.
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