近期，中國科學院合肥物質院固體所環(huán)境與能源納米材料中心尹華杰研究員團隊在5-羥甲基糠醛高效轉化為2,5-呋喃二甲酸方面取得新進展。相關研究成果發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上。

利用可再生能源將生物質衍生分子（如5-羥甲基糠醛（HMF））轉化為高附加值產品，同時實現制氫，為可持續(xù)化學品和能源的制備提供了廣闊的機遇。然而，HMF的氧化及電化學氧化過程通常需要強堿條件和膜的使用。在強堿環(huán)境下，HMF不穩(wěn)定，易形成低聚物，從而降低產物的純度，并且產物往往以羧酸鹽的形式存在，增加了分離的難度；而膜的使用則進一步增加了轉化成本。

基于此，研究人員提出了一種兩步解耦系統(tǒng)，在無強堿、無膜條件下驅動了HMF高效氧化。通過引入Ni_xCo_1-x(OH)₂作為氧化還原介質，在兩步解耦體系中實現了HMF向2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的無堿轉化（圖1）。這種解耦策略能夠成功耦合兩種不同電解質中的反應：堿性電解質中的析氫反應和HMF水溶液中的HMF氧化反應。在該兩步系統(tǒng)中，H₂和FDCA的單獨生產有效地解決了強堿和膜帶來的挑戰(zhàn)。

研究結果表明，氧化還原介質通過捕獲底物中的氫來促進氧化；Co的引入加速了底物脫氫，從而提高了HMF的氧化速率；Ni_0.85Co_0.15OOH能夠促進HMF高效脫氫，產物2,5-呋喃二甲酸的選擇性和產率均接近100%。研究人員將該系統(tǒng)擴展到多種反應物的氧化，發(fā)現產率均超過92%。此外，通過用流動電極取代固定電極，驗證了解耦策略的可擴展性。該策略不僅具有良好的生產放大潛力，還可擴展至其他底物的氧化反應，為有機合成、產品分離及制氫提供了可持續(xù)的解決方案。

上述研究得到了國家自然科學基金的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202423109

圖. 兩步解耦系統(tǒng)的示意圖。