記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體所在生物質(zhì)電催化轉(zhuǎn)化方面取得重要進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)平臺分子—糠醛的綠色電催化轉(zhuǎn)化升級。研究成果日前發(fā)表在《應(yīng)用催化》上。
 
生物質(zhì)作為一種重要的可再生資源產(chǎn)生方式，被看作是替代化石能源制備燃料與化學(xué)品的重要途徑，其中纖維素作為生物質(zhì)最主要的組成部分，占生物質(zhì)組成的40%—60%，是自然界中最豐富的非糧碳水化合物，對其催化轉(zhuǎn)化制取具有高附加值的化學(xué)品是實(shí)現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。如何將纖維素初步衍生的平臺分子，進(jìn)一步催化轉(zhuǎn)化得到更高附加值的化學(xué)品已成為能源領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。然而，生物質(zhì)衍生的平臺分子轉(zhuǎn)化率和選擇性低，將生物質(zhì)平臺分子推廣到更大應(yīng)用范圍，仍然是一個極具挑戰(zhàn)性的問題。
 
科研人員選擇糠醛的電催化升級反應(yīng)作為模型，采用新穎的氣相水熱法，設(shè)計并構(gòu)筑了碳纖維布負(fù)載金屬磷化物電極，并利用該電極組裝了糠醛電催化轉(zhuǎn)化體系，實(shí)現(xiàn)了高選擇性、高法拉第效率、高電流密度糠醛加氫還原轉(zhuǎn)化到糠醇、氧化轉(zhuǎn)化到糠酸;通過同位素標(biāo)記法，直接證明了糠醛電催化加氫的氫就是來自于水中的氫原子。此外，科研人員還通過密度泛函理論計算探究了對糠醛高效電催化加氫的機(jī)理，結(jié)果表明，該催化體系具有較高的吸附氫原子濃度及較高的氫氣脫附能，抑制了電催化析氫過程，從而實(shí)現(xiàn)了其對糠醛電催化加氫的選擇性。
 
此研究成果不僅對如何設(shè)計高催化活性、高選擇性電催化轉(zhuǎn)移加氫催化劑具有指導(dǎo)意義，而且對電催化有機(jī)合成體系的設(shè)計和構(gòu)建也具有重要的指導(dǎo)價值。