山大黄柏标/王泽岩ACS Catal.: 一石二鸟!强N-H相互作用助力HMF光催化选择性氧化和析H2

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随着全球能源需求和环境问题的日益增长,清洁和可持续能源的利用和发展受到人们极大关注。太阳能驱动的5-羟甲基糠醛(HMF)催化氧化为2,5-二甲酰基呋喃(DFF)并伴随H2的释放被认为是一种很有前景的方法,然而,设计和合成具有高活性和稳定的光催化剂仍然是一项具有挑战性的工作。

基于此,山东大学黄柏标王泽岩等报道了一种柔性超薄石墨氮化碳(UCNT),以实现高效5-羟甲基糠醛(HMF)氧化。

归因于HMF和UCNT之间的强特异性相互作用,在可见光照射下,UCNT在将HMF选择性氧化为DFF以及产H2方面表现出优异的光催化性能,活性分别为95.0 μmol g-1 h-1和92.0 μmol g-1 h-1,UCNT的AQY在365 nm入射单色光处达到0.33%,并且随着波长的增加,AQY显着降低。

重要的是,UCNT还表现出高DFF选择性(95%)和良好的循环稳定性,在25小时测试期间,没有观察到产H2的明显下降。

固态核磁共振(NMR)和密度泛函理论(DFT)结果表明,HMF分子的扭曲结构可以在HMF和UCNT之间形成强相互作用,降低HMF氧化的脱氢能垒,进而提高了催化活性。

此外,原位电子自旋共振(ESR)俘获测试表明: ·C6H4O3是HMF原位氧化过程中的关键自由基中间体。该项工作阐明了复杂生物质分子在柔性催化剂表面上的相互作用,并为多相催化生物质转化的进一步发展提供了见解。

Photocatalytic Selective Oxidation of HMF Coupled with H2 Evolution on Flexible Ultrathin g-C3N4 Nanosheets with Enhanced N-H Interaction. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.1c05357


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