近日，能源学院曾宪海教授课题组在生物质平台分子高值化利用研究中取得重要突破。相关成果以“Dynamic ZrOx Clusters Enhanced Redox Couple and -CHO/OH- Co-adsorption for Efficient Electrooxidation of Alcohols/Aldehydes” 为题发表在国际期刊 Angew. Chem. Int. Ed.。

利用可再生电力驱动生物质衍生醇/醛电氧化制备高附加值羧酸（如2,5-呋喃二甲酸FDCA）被视为替代传统化石路线、实现生物质资源高值化利用的绿色可持续路径。然而，该反应动力学缓慢，且传统金属羟基氧化物（MOOH）催化剂在反应过程中面临活性位点氧化还原循环（M²⁺/M^δ+）效率低下的瓶颈，制约了其在工业级电流密度下的应用。尽管现有的表面修饰策略在一定程度上提升了催化活性，但多将修饰相视为静态的电子调节剂，忽视了其在反应电位下可能发生的动态价态演变及其对主相的协同促进作用。

曾宪海团队提出了一种新型ZrO_x-MOOH界面协同策略。通过感应加热辅助快速合成法，构建了ZrO_x团簇修饰Ni(OH)₂自支撑催化剂。研究发现，ZrO_x团簇在反应电位下发生动态价态演变（ZrO₂→ZrO_x），不仅增强了HMF醛基C-O键与OH-的共吸附，还通过利用调节Ni位点电荷密度加速了HMFOR过程中Ni²⁺/Ni³⁺氧化还原循环，从动态调节剂的角度阐明了修饰相所起的具体作用。

该催化剂在三电极体系中实现了24次连续制备FDCA，产率与法拉第效率均大于95%；在AEM流动电解槽中（~1 A/cm2, 1.50 V, 200 mM HMF），FDCA总产率达90%。技术经济分析（TEA）进一步证实了该体系的工业盈利潜力。本工作揭示了催化剂界面的双相演化行为，为生物质电催化剂设计提供了理论指导与工程方案。

该项研究工作在曾宪海教授的指导下完成，博士生苑少宇为第一作者。本研究得到国家自然科学基金项目支持。

原文链接：http://doi.org/10.1002/anie.5266205

（能源学院）