镍钒水滑石电极用于可放大电催化5-羟甲基糠醛氧化耦合产氢

摘要

可再生能源驱动的电催化水裂解是获取绿氢的重要途径,但受到缓慢的阳极析氧反应（OER）限制。使用热力学有利的5-羟甲基糠醛氧化反应（HMFOR）代替OER的电解水制氢耦合氧化策略提供了一种降低能耗的有效策略,同时可以生产高附加值的有机含氧化合物,如2,5-呋喃二甲酸（FDCA）。在该领域,大量工作集中于催化剂工程以获得更好的催化活性和产物选择性。然而,很少有研究关注到5-羟甲基糠醛（HMF）的规模化氧化制备FDCA。为此,我们合成了一种镍钒水滑石（NiV-LDH）催化剂用于高效HMFOR,在1.52 V vs. RHE （可逆氢电极）下,电流密度达到100 mA·cm^-2 FDCA的法拉第效率高达94.6%。与OER相比,HMFOR将对应的氢气生产率提高了两倍。作为概念验证,我们使用流动反应器展示了连续且可规模化的HMFOR,在10 A条件下,实现了94.8%的高HMF单程转化率和98.5%的高FDCA选择性。

关键词

电催化水分解耦合制氢 / 层状双金属氢氧化物 / 5-羟甲基糠醛 / 2,5-呋喃二甲酸