5-羟甲基糠醛在高电流密度下的电化学还原研究

摘要

在pH=9.2、稀释的HMF溶液和低电流密度下，5-羟甲基糠醛（HMF）的电催化还原对2，5-二羟甲基呋喃（BHMF）具有高度选择性。在这项工作中，研究了0.05 m HMF溶液在5–50 mA·cm-2电流密度范围。形成BHMF或二聚的选择性取决于电流密度，可能是由于电极电位的差异，以及反应时间。在40–50 mA·cm-2的电流密度下工作允许在HMF和H2O活化之间实现85%的BHMF选择性。Tafel斜率和电化学阻抗谱的电化学表征表明，与析氢反应相比，HMF还原在动力学上是有利的，并且该过程受到电荷转移的限制。

催化剂

电催化测试是在该团队之前研究过的AgCu泡沫上进行的。简单地说，电催化剂是由均匀覆盖泡沫表面的双金属AgCu纳米颗粒阵列制成的，在孔和支柱边缘很少形成枝晶。

实验内容

FE-SEM图像表明，经过大约8小时的电化学测试，在实验的某些部分达到高达-0.74 V vs.RHE，涂层保持与泡沫表面良好粘附（图a，b）。然而，在高倍率下对表面的检查（图c）显示，在阵列中，颗粒比测试前更圆，相互连接，这表明它们是烧结的。废催化剂的X射线衍射（XRD）图谱证实了AgO的存在。在新鲜催化剂中观察到的Cu2O相消失（图d）。

在0.02–0.10 m HMF浓度范围内，在pH=9.2的线性扫描伏安法（LSV）中观察到HMF还原的特征峰。HMF降低的开始时间比HER开始时间低约60mV（图a和b)

用0.05m HMF溶液获得的结果与先前报道的更稀释的0.02m HMF电解质的结果一致。强调了电极电势在HMF电催化还原中的作用。在低施加电流密度值下，由于AgCu催化剂在低过电位下操作，因此发生电二聚，而BHMF中的选择性在其中也发生HER的电极电位下增加。通过在-0.41到-0.56 V vs.RHE范围。BHMF中的选择性在等于或大于阴极电位时增加-0.46 V vs.RHE（图a）。此外，通过HMF转换归一化的氢呋啉峰的面积值随着所施加的电势而改变（图b）。

结论

为了促进AgCu催化剂的BHMF生产，潜力应该在析氢反应（HER）窗口中，其中HMF还原比H2的生产更有利，尽管后者不是可以避免的。Volmer步骤的贡献，减少了HMF吸附的可用位点，可能提高了BHMF中的选择性。

转自：“科研一席话”微信公众号

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