院士领衔！西湖大学孙立成团队，重磅EES！

科研云 · 公众号 · · 2025-02-18 00:00

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5-羟甲基糠醛（HMF）电氧化生成平台分子2, 5-呋喃二甲酸（FDCA），为生物质升级和绿色氢能生产提供了一种有前景的方法。然而，阳极催化剂反应动力学缓慢和稳定性差阻碍了在工业电流密度（>200 mA cm ^-2 ）下流动系统中连续生产FDCA。

2025年2月10日，西湖大学 孙立成教授 团队在 Energy & Environmental Science 期刊发表题为《Bio-inspired proton relay for promoting continuous 5-hydroxymethylfurfural electrooxidation in a flowing system》的研究论文， 陈德鑫、李文龙 为论文第一作者， 孙立成教授 为论文通讯作者。

孙立成 ，人工光合作用领域专家，中国科学院院士，瑞典皇家工程院院士，欧洲化学会会士，瑞典国家杰出教授，瑞典皇家工学院讲席教授、“全球高被引科学家”。

孙立成分别于1984年、1987年和1990年获大连理工大学学士、硕士和博士学位；1992年-1993年在德国马普辐射化学研究所作博士后；1993年-1995年在德国柏林自由大学作洪堡学者；1995年-1999年在瑞典皇家工学院作助理教授；1999年-2004年在斯德哥尔摩大学作副教授，2004年受聘瑞典皇家工学院分子器件讲席教授。2017年当选瑞典皇家工程院院士，2019年当选中国科学院外籍院士。2023年6月，孙立成由中国科学院外籍院士转为中国科学院院士。

孙立成教授长期从事太阳能燃料与太阳能电池科学前沿领域应用基础研究。

在本文中，作者合成了一种苯二甲酸（TPA）配体修饰的Ni(OH) ₂ 催化剂（Ni(OH) ₂ -TPA），用于高效HMF氧化反应，其中未配位的羧基团作为质子传递中心，显著提高了氧化性能。

与纯Ni(OH) ₂ 相比，其电流密度提高了16倍，FDCA的法拉第效率（FE）在1000 mA cm ^-2 时达到96.9% ±0.2% 。以此构建的阴离子交换膜电解槽（25 cm ² ），在1.80 V下可达10.3 A 的电流。在7.5 A 的电流下稳定运行超过240 h，实现了百克级FDCA的连续化生产，总生产率为2.85 kg m ^-2 h ^-1 。

该研究为设计催化剂和制造适用于工业应用的电解槽提供了策略。

图1：Ni(OH) ₂ -TPA和Ni(OH) ₂ 的电催化性能

图2：催化剂活性和反应动力学分析

图3：ATR-SEIRAS观测反应中-COOH/-COO-基团随电位变化的演化

图4：基于Ni(OH) ₂ -TPA的阴离子交换膜电解槽的性能

综上，作者通过仿生设计，开发了一种高效的Ni(OH) ₂ -TPA催化剂，用于工业电流密度下的HMF电氧化。该催化剂通过加速质子转移过程，显著提高了HMF氧化的动力学性能和法拉第效率。

基于该催化剂构建的电解槽在实际应用中展现出优异的性能和稳定性，为生物质升级和绿色氢气生产提供了新的策略。未来，该策略有望在更大规模的工业应用中实现高效、稳定的FDCA生产，推动生物质资源的可持续利用。

Bio-inspired proton relay for promoting continuous 5-hydroxymethylfurfural electrooxidation in a flowing system. Energy Environ. Sci. 2025 . https://doi.org/10.1039/D4EE05745G.

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