稻草變黃金：生物質(zhì)電催化轉(zhuǎn)化方面實(shí)現(xiàn)綠色高效升級(jí)

記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體所在生物質(zhì)電催化轉(zhuǎn)化方面取得重要進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)平臺(tái)分子—糠醛的綠色電催化轉(zhuǎn)化升級(jí)。研究成果日前發(fā)表在《應(yīng)用催化》上。

生物質(zhì)作為一種重要的可再生資源產(chǎn)生方式，被看作是替代化石能源制備燃料與化學(xué)品的重要途徑，其中纖維素作為生物質(zhì)最主要的組成部分，占生物質(zhì)組成的40%—60%，是自然界中最豐富的非糧碳水化合物，對(duì)其催化轉(zhuǎn)化制取具有高附加值的化學(xué)品是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。如何將纖維素初步衍生的平臺(tái)分子，進(jìn)一步催化轉(zhuǎn)化得到更高附加值的化學(xué)品已成為能源領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。然而，生物質(zhì)衍生的平臺(tái)分子轉(zhuǎn)化率和選擇性低，將生物質(zhì)平臺(tái)分子推廣到更大應(yīng)用范圍，仍然是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的問題。

科研人員選擇糠醛的電催化升級(jí)反應(yīng)作為模型，采用新穎的氣相水熱法，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了碳纖維布負(fù)載金屬磷化物電極，并利用該電極組裝了糠醛電催化轉(zhuǎn)化體系，實(shí)現(xiàn)了高選擇性、高法拉第效率、高電流密度糠醛加氫還原轉(zhuǎn)化到糠醇、氧化轉(zhuǎn)化到糠酸;通過同位素標(biāo)記法，直接證明了糠醛電催化加氫的氫就是來自于水中的氫原子。此外，科研人員還通過密度泛函理論計(jì)算探究了對(duì)糠醛高效電催化加氫的機(jī)理，結(jié)果表明，該催化體系具有較高的吸附氫原子濃度及較高的氫氣脫附能，抑制了電催化析氫過程，從而實(shí)現(xiàn)了其對(duì)糠醛電催化加氫的選擇性。

此研究成果不僅對(duì)如何設(shè)計(jì)高催化活性、高選擇性電催化轉(zhuǎn)移加氫催化劑具有指導(dǎo)意義，而且對(duì)電催化有機(jī)合成體系的設(shè)計(jì)和構(gòu)建也具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。