我院彭丽副教授/李军教授课题组在电催化生物质转化领域取得重要进展，相关研究成果以“Synergistically Enhanced Co-Adsorption of Reactant and Hydroxyl on Platinum-Modified Copper Oxide for High-Performance HMF Oxidation”为题，在线发表于Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.202417684）。
生物质平台分子的高效转化与利用是实现可持续发展、助力碳中和的重要战略举措。与传统热化学方法相比，电催化5-羟甲基糠醛（HMF）氧化反应（HMFOR）利用绿色电力驱动，可在温和条件下高选择性地生成2,5-呋喃二甲酸（FDCA），为生物质资源的高值化利用提供了一条绿色途径。然而，电催化HMFOR需要HMF与吸附态羟基（OHads）共同参与，电极表面两者的局部浓度会直接影响反应动力学。此外，在高电流密度下底物分子的扩散和传质受限，催化剂结构可能发生重构，导致活性位点性质改变，难以在高底物浓度电解液中实现FDCA的长期稳定和高选择性合成。这些挑战严重制约了电催化生物基化合物领域的发展，成为其工业化进程中亟待解决的关键问题。
针对上述问题，课题组成功构建了具有异质结界面的Pt/CuO@CF催化剂用于高效电催化HMF氧化。通过引入少量的Pt纳米颗粒，Pt与CuO之间的协同效应显著降低了HMF氧化反应的过电位，反应电流密度得到大幅提升（在1.50 V vs. RHE条件下，电流密度较未修饰的CuO@CF催化剂提高2倍）。同时，该催化剂在鲜有报道的高浓度HMF电解液中（如50、75和100 mM HMF）仍可实现FDCA的高选择性生成（FEFDCA均大于95%），并具备良好的长期循环稳定性，为实际应用提供了有力支持。原位表征实验发现，Pt-CuO异质结界面的构筑增强了HMF和OHads在催化剂表面的富集。理论计算研究进一步证实，锚定的Pt纳米颗粒有效调节了催化剂的电子结构和反应微环境，深度优化了底物分子HMF和活性OHads的吸附转化行为，显著降低了反应能垒，进而促进了HMF向FDCA的高活性、高选择性转化。这一发现为异质结催化剂的设计提供了新思路，同时也为工业应用场景中生物质平台分子的高值转化提供了重要的理论依据。
课题组近年在推进超临界/加压CO/CO2电/光催化研究，并相继报道了相关结果；以本工作为基础，正在进行阴、阳两极耦合加压电催化的研究，以探索CO/CO2还原和生物质转化耦合的工业化可行路线。本工作由我院彭丽副教授、李军教授课题组完成，过程中得到李剑锋教授以及能源学院杨述良教授的共同指导。理论计算部分由能源学院郑世胜助理教授支持完成。我院2022级博士生李佳然、2020级博士生丘荣星和2023级硕士生张嗣旺为论文共同第一作者。该工作得到国家自然科学基金（22373080、22078274和22402163）、福建省自然科学基金（2022J05009、2024J08008）和厦门市自然科学基金（3502Z202472001）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202417684
