电氧化5-羟甲基糠醛的高效催化剂构效关系及调控策略研究进展

摘要

电催化氧化生物质衍生的5-羟甲基糠醛(HMF)制备2,5-呋喃二甲酸(FDCA),不仅本身具有绿色、经济性优势，还能在电解水过程中替代动力学缓慢的析氧反应与析氢反应耦合，从而降低整体能耗并获得高附加值产品。开发高性能电催化剂是实现电催化氧化HMF高效转化生产FDCA的核心关键。综述了电氧化HMF(HMFOR)制备FDCA催化剂的最新研究进展，特别关注催化剂的构效关系以及优化策略。首先，详细阐述了HMFOR的反应路径及两种电化学氧化机理。其次，系统梳理了贵金属基及过渡金属基电催化剂的研究进展，重点剖析了不同金属元素在HMFOR过程中的促进机制，并阐明了其构效关系。再次，深入分析了电催化剂性能的优化策略，包括调控表面重构、平衡表面吸附、构建协同催化以及加速质子转移。最后，从动态机理、反应稳定性、器件集成及系统耦合等方面总结并展望了高效HMFOR催化剂开发面临的主要挑战和未来发展方向。该综述旨在为设计和开发高效电催化剂、深化反应机理以及推动生物质资源的高值转化应用提供理论指导和有益启示。

关键词

电氧化 / 5-羟甲基糠醛 / 电催化剂 / 2,5-呋喃二甲酸 / 构效关系

基金资助

国家自然科学基金杰出青年基金资助项目（52225606）