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具有 M-O 活性中心的导电金属有机骨架作为高活性生物质转化电催化剂。

Conductive Metal-Organic Frameworks Bearing M-O Active Sites as Highly Active Biomass Valorization Electrocatalysts.

机构信息

Department of Chemistry, Université de Montréal, 1375 Avenue Thérèse-Lavoie-Roux, Montréal, QC H2V 0B3, Canada.

出版信息

ChemSusChem. 2022 Jul 7;15(13):e202101587. doi: 10.1002/cssc.202101587. Epub 2021 Sep 16.

DOI:10.1002/cssc.202101587
PMID:34415098
Abstract

The electrochemical oxidation of the biomass platform 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), is an important reaction in the emerging area of renewable energy-powered biomass valorization. A key limitation in this field is the ill-defined nature of the catalytic sites of the highest-performing materials that limits the fundamental insights that can be extracted. To this end, a conductive metal-organic framework-based electrocatalytic model system with well-defined M-O active sites for electrochemical HMF oxidation was developed. These materials were found to be highly active towards FDCA generation, with product yields of over 95 %. In parallel, infrared spectroscopy was employed to capture a surface-bound aldehyde group as the key intermediate in the catalytic cycle, which forms once M(II/III) oxidation occurs. This work illustrates the advantage of utilizing molecularly defined active sites coupled with operando spectroscopy to provide fundamental insights into a variety of electrosynthetic reactions and thus paves the way for future catalyst design.

摘要

生物质平台 5-羟甲基糠醛(HMF)电化学氧化为 2,5-呋喃二甲酸(FDCA)是可再生能源驱动生物质增值新兴领域中的重要反应。该领域的一个关键限制是对表现最佳材料的催化位点的定义不明确,限制了可以提取的基本见解。为此,开发了一种基于导电金属有机骨架的电催化模型系统,具有明确的 M-O 活性位点,用于电化学 HMF 氧化。这些材料对 FDCA 的生成表现出很高的活性,产物收率超过 95%。同时,采用红外光谱法捕获表面结合的醛基作为催化循环中的关键中间体,该中间体在 M(II/III)氧化发生后形成。这项工作说明了利用分子定义的活性位点结合现场光谱学来提供对各种电合成反应的基本见解的优势,从而为未来的催化剂设计铺平了道路。

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