5-羥甲基糠醛（HMF）電氧化反應（HMFOR）是一種以生物質(zhì)平臺分子為底物制備精細化學品的綠色可持續(xù)新途徑。相關領域在HMF完全氧化制備2，5-呋喃二甲酸（FDCA）方向取得了長足的進展，但是如何控制HMFOR過程高選擇性制備更具有附加價值的5-甲酰基呋喃-2-甲酸（FFCA）中間產(chǎn)物仍然存在挑戰(zhàn)。目前已有的研究結(jié)果表明：中性pH環(huán)境有利于HMF選擇性氧化生成FFCA，然而，在中性pH介質(zhì)中過渡金屬基催化劑材料通常對HMF底物分子的吸附能力較弱，進而導致HMF轉(zhuǎn)化率下降，F(xiàn)FCA產(chǎn)率較低。如何調(diào)控催化材料的電子結(jié)構(gòu)，進而提高中性條件下催化劑對HMF的吸附能力和轉(zhuǎn)化效率成為相關領域的關鍵科學問題。
針對這一關鍵科學問題，中國科學院金屬研究所齊偉研究員及其團隊提出設計制備復合金屬催化劑材料，利用第二金屬組分的吸電子能力提高Ni基催化劑材料在中性電解質(zhì)中催化HMFOR活性的研究思路。利用簡單的水熱和浸漬方法，PtOx納米粒子和NiOx納米片能夠在碳氈（CF）基底上實現(xiàn)納米尺度的復合，這種NiOx-PtOx/CF復合催化劑材料在中性電解質(zhì)（0.2 MPBS, pH=7.4）中催化HMFOR過程，HMF的轉(zhuǎn)化率能夠達到91 %，F(xiàn)FCA的產(chǎn)率高達77 %。經(jīng)過多次電催化反應之后，該復合催化劑仍然能夠保持較高的催化活性，展示出優(yōu)異的穩(wěn)定性。X-射線衍射（XRD）、X-射線光電子能譜（XPS）等化學和電子結(jié)構(gòu)表征手段揭示了NiOx-PtOx/CF復合催化劑中NiOx物種向PtOx的電子轉(zhuǎn)移過程，相較于NiOx單金屬催化劑，復合催化劑中Ni3+活性中心的含量明顯增加，使得NiOx-PtOx/CF復合催化劑在催化HMFOR過程中展示出更低的過電位和更大的電化學表面積，HMFOR催化活性和FFCA選擇性得到了明顯的提升。 傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、XPS和原位電化學表征的研究結(jié)果表明：PtOx的引入使得NiOx中的晶格氧減少，在NiOx晶格中形成氧空位，導致催化劑中存在更多具有低電子云密度的Ni3+活性中心，這會顯著增強其對底物HMF的吸附能力，使得Helmholtz層中HMF的數(shù)量增加，對催化性能的提升起到了關鍵的作用。上述研究工作提出了調(diào)控Ni基催化劑電子結(jié)構(gòu)進而提升其中性條件下催化HMFOR效率和對目標中間產(chǎn)物選擇性的新思路，相關構(gòu)效關系規(guī)律為電催化氧化HMF高選擇性合成醛類化合物反應體系的設計構(gòu)筑奠定了理論基礎。 論文信息 Selective Synthesis of Formyl-2-Furancarboxylic Acid via Enhanced Adsorption of 5-Hydroxymethylfurfural on Composite Catalysts Di Wang, Xingyu Lu, Prof. Haiyan Xu, Jing Dou, Xuefei Zhang, Prof. Zailai Xie, Prof. Wei Qi ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202400449 
