木糖选择性电催化氧化制备甲酸

摘要

电解水是一种前景广阔的绿色制氢技术，但阳极析氧反应（OER）所需的理论电势较高，限制了电解水的制氢效率。将作为林木生物质资源和造纸废液主要成分之一的木糖选择性地电催化氧化以替代阳极OER反应制备化学品，有望能够提高林木生物质资源综合利用率与高值化。本研究以碳毡为基底，通过水热法原位生长制备了氢氧化镍[Ni（OH）₂@CF]和氢氧化钴[Co（OH）₂@CF]催化剂，并将其应用于电催化木糖氧化制甲酸，通过扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱仪、X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电子显微镜和电感耦合等离子体-光学发射光谱分析法等对催化剂的微观形貌、元素组成以及化学结构等进行表征和分析。结果表明，Co（OH）₂为纳米颗粒结构且负载量较低，而Ni（OH）₂以纳米片结构均匀负载在碳毡表面，高的负载量和纳米片结构可为木糖吸附和反应提供更多的活性位点，进而提高Ni（OH）₂@CF的电催化性能。与纯碳毡和Co（OH）₂@CF相比，Ni（OH）₂@CF具有最优的电催化木糖氧化活性，当电流密度达到100 mA/cm²时所需电位仅为1.46 V（vs. RHE）,与OER相比降低了180 mV。同时，Ni（OH）₂@CF电催化木糖氧化制甲酸产率和选择性可达53.49%和62.03%,法拉第效率为59.42%。

关键词

氢氧化镍 / 氢氧化钴 / 电催化 / 生物质 / 木糖氧化