近日，化学化工学院叶思宇院士团队联合南方科技大学黄立民教授团队在电催化生物质氧化领域取得重要进展，以室温还原的办法制备富缺陷CoO_xH_y纳米片，阐述了氧空位和微孔、介孔结构与电催化反应机理的关联，成果发表于国际知名期刊Green Chem，并入选为后封面文章。

图1 室温制备具有丰富氧空位和高孔隙率的CoOxHy纳米片用于HMF电氧化示意图

图2本文作为后封面文章呈现

1 研究背景

电催化生物质氧化反应既能实现生物质平台分子生成高附加值化学品，又能代替析氧反应而降低电解水过程的过电位，成为一条极具吸引力的清洁能源利用途径。例如，电催化生物质衍生物5-羟甲基糠醛（HMF）氧化能得到可替代石油基对苯二甲酸作为聚合物单体的2,5-呋喃二甲酸（FDCA），同时具备更快的反应动力学。开发高效、稳定的非贵金属基电催化剂是加速HMF电氧化（HMFOR）过程的关键因素，对于此电解系统的开发和应用具有重要意义。近年来基于杂原子掺杂、阳离子/阴离子调节、界面工程和缺陷工程等各种策略已被用来提高HMFOR电催化剂的活性。然而，缺陷位点（即氧空位和孔隙率）的相互作用及其对HMFOR机理的影响尚未被深入认识。

2 研究内容

为解决这些问题，叶思宇院士团队联合南方科技大学黄立民教授团队采用简便的室温还原CoO_xH_y纳米片的方法，制备了具有不同孔结构的富氧空位缺陷的CoO_xH_y纳米片聚集体。XPS、Raman、EPR等表征结果证明了CoO_xH_y纳米片存在大量氧空位；密度泛函理论（DFT）计算和电化学测试结果证明了这些氧空位有利于HMF通过醛基的吸附活化，提高了电化学活性面积（ECSA）和电荷转移速率，从而提高了HMFOR的反应动力学。另一方面，甲胺还原造就的介孔结构促进了HMFOR过程中反应物和产物的传质扩散，有利于FDCA的生成；而硼氢化钠还原带来的微孔结构可能促进了中间氧化产物FFCA的扩散和解吸，从而显著改变了反应的选择性。

3 研究相关

论文题目为“Room-temperature fabrication of defective CoOxHy nanosheets with abundant oxygen vacanciesand high porosity as efficient 5-hydroxymethylfurfural oxidation electrocatalysts”，叶思宇院士和黄立民教授为共同通讯作者，钟如意副教授为第一作者，广州大学为第一通讯单位。

论文来源

http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2023/GC/D3GC00588G