近日，我校付文升教授團(tuán)隊(duì)在電催化領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研究成果“Cracking the Reaction Pathway for Efficient HMF Electrooxidation: Strong Built-In Electric Field and Multimetal Synergistic Effects”已于國(guó)際期刊《Advanced Functional Materials》（中國(guó)科學(xué)院一區(qū)TOP，影響因子19）上發(fā)表，化學(xué)學(xué)院劉利教授為第一作者，付文升教授、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)方彬、中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院楊曉輝為論文共同通訊作者，我校為第一單位。
5-羥甲基糠醛（HMF）的選擇性氧化產(chǎn)物2,5-呋喃二甲酸（FDCA）被視為石油基對(duì)苯二甲酸的可持續(xù)替代品，對(duì)可持續(xù)材料發(fā)展具有重要價(jià)值。然而，其氧化反應(yīng)（HMFOR）的六電子轉(zhuǎn)移過(guò)程與復(fù)雜的中間體面臨顯著的動(dòng)力學(xué)障礙。因此，面對(duì)這一難題，該研究設(shè)計(jì)合成了具有晶態(tài)CuS內(nèi)核與高熵非晶態(tài)NiFeZrWCe-LDH殼層的CuS@NiFeZrWCe-LDH高熵異質(zhì)結(jié)催化劑。通過(guò)構(gòu)建晶態(tài)與非晶態(tài)之間的強(qiáng)內(nèi)建電場(chǎng)以及多元金屬位點(diǎn)的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)HMF電氧化反應(yīng)（HMFOR）路徑的精準(zhǔn)調(diào)控和高選擇性。這一結(jié)構(gòu)顯著增強(qiáng)了對(duì)反應(yīng)中間體的差異化吸附能力，促進(jìn)了HMF分子中醛基（-CHO）的選擇性活化，穩(wěn)定了高價(jià)金屬活性位點(diǎn)并加速了電荷轉(zhuǎn)移。得益于內(nèi)建電場(chǎng)與高熵效應(yīng)的協(xié)同作用，該催化劑在HMFOR中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能：在1.389 V和1.466 V vs. RHE的過(guò)電位下即可分別達(dá)到10和50 mA cm-2的電流密度，HMF轉(zhuǎn)化率、FDCA產(chǎn)率和法拉第效率分別高達(dá)98.04%、95.60%和97.34%。此外，通過(guò)系統(tǒng)地理論計(jì)算揭示了內(nèi)建電場(chǎng)增強(qiáng)電子轉(zhuǎn)移、多元金屬位點(diǎn)差異化吸附以及反應(yīng)路徑優(yōu)化的內(nèi)在機(jī)制。該研究成果為設(shè)計(jì)高效能、高選擇性的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化電催化劑提供了新的結(jié)構(gòu)模型與理論見(jiàn)解，對(duì)推動(dòng)綠色化學(xué)與可持續(xù)能源技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
