王双印&邹雨芹AM：利用钴氧化物上的氧空位调整竞争吸附位点以促进生物质的电氧化

Nanoyu

2021-11-01

5-羟甲基糠醛（HMF）的电氧化为生物质制取高价值化学品提供了一条很有前途的绿色途径。HMF电氧化反应（HMFOR）是一个复杂的过程，涉及有机分子与羟基在电极表面的联合吸附和偶联。深入了解电催化剂上的这些吸附位点和反应过程具有重要意义。

基于此，湖南大学王双印教授，邹雨芹副教授报道了以Co₃O₄和Vo-Co₃O₄为催化剂，研究了氧空位在HMFOR过程中的作用。

文章要点

1）研究人员利用X-射线光电子能谱（XAS）和准X-射线光电子能谱（XPS）表征了Vo的结构演化。飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）用于示踪HMFOR过程中氧同位素标记的OH^-。

2）结合实验结果和密度泛函理论（DFT）计算，研究人员发现亲核的OH^-倾向于填充在Vo-Co₃O₄晶格中，并通过晶格OH参与了HMF分子的脱氢和结合，从而显著加快了HMFCA脱氢的速率控制步骤，提高了尖晶石氧化物上的HMFOR催化活性。

3）通过调节吸附中心，所设计的Vo-Co₃O₄在1 m KOH和1 m PBS溶液中对HMFOR表现出良好的活性，在10 mA cm⁻²时的初始电位分别为90 mV和120 mV。

这项工作对氧空位的催化机理有了深入的认识，有助于设计一种新的策略来调控多分子的联合吸附行为。

参考文献

Yuxuan Lu, et al, Tailoring Competitive Adsorption Sites by Oxygen-Vacancy on Cobalt Oxides to Enhance the Electrooxidation of Biomass, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202107185

https://doi.org/10.1002/adma.202107185