在本文中，作者報(bào)道一種簡(jiǎn)便策略：向電解液中引入微量Cu2+以抑制析氧副反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效甘油氧化反應(yīng)（GOR）。
該策略在800 mA cm-2高電流密度下將甘油轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物甲酸的法拉第效率從62.2 %（無(wú)Cu2+）提升至99.3 %。機(jī)理研究表明，Cu2+/Cu+可逆氧化還原過程完全抑制了GOR活性Co3O4催化劑表面OER活性相羥基過氧化物的生成。
該策略亦適用于其他重要電化學(xué)氧化反應(yīng)，為開發(fā)高效非OER電化學(xué)氧化體系推動(dòng)多種化學(xué)轉(zhuǎn)化過程奠定基礎(chǔ)。
圖1：常規(guī)GOR與Cu-GOR過程示意。GLY：甘油；GLAD：甘油醛；GLA：甘油酸；GCA：乙醇酸。
圖2：電催化性能。（a）Co3O4/NF在1 M KOH（OER）、1 M KOH+0.1 M甘油（GOR）及1 M KOH+0.1 M甘油+0.001 M CuSO4（Cu-GOR）中的LSV曲線；（b）Co3O4/NF上GOR與Cu-GOR的法拉第效率（FE）及碳平衡；（c）流動(dòng)池中Co3O4/NF+Cu-GOR在1.75 VRHE下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試；（d）本工作Cu-GOR體系與文獻(xiàn)GOR催化性能對(duì)比；（e）甲酸（FA）電流與生成速率隨Co?O?/NF電極面積的變化，柱狀圖為三次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)平均值，誤差線為標(biāo)準(zhǔn)差。
圖3：原位拉曼光譜與TEM圖。（a，b）Co3O4/NF在1 M KOH+0.1 M甘油（GOR）和1 M KOH+0.1 M甘油+0.001 M CuSO4（Cu-GOR）過程中的原位拉曼光譜（a.u.為任意單位）。（c-f）新鮮Co3O4/NF（c）及經(jīng)OER（d）、GOR（e）、Cu-GOR（f）后的TEM圖；比例尺2 nm。
圖4：催化劑表征。（a）Co3O4/NF經(jīng)GOR與Cu-GOR后的Cu LMM XPS譜；（b）Co3O4/NF在1.75 VRHE下GOR、Cu-GOR及Cu-GOR+0.03 M NH4+時(shí)的原位拉曼光譜；（c）Cu-GOR過程中Co3O4/NF的原位Cu K邊X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)譜；（d）向含CuSO4電解液中加入GLAD后所得磚紅色沉淀的XRD圖（GOR：1 M KOH+0.1 M甘油；Cu-GOR：1 M KOH+0.1 M甘油+0.001 M CuSO4）。
圖5：Cu-GOR反應(yīng)過程。（a）Co3O4(110)晶面Co?f位點(diǎn)在有/無(wú)Cu物種時(shí)去質(zhì)子化過程的自由能對(duì)比；（b）Cu-GOR可能的反應(yīng)機(jī)理示意：青色、玫瑰色、白色、黃色、綠色球分別代表Co、O、H、Cu(I)、Cu(II)原子，紅色與紫色球分別表示吸附中間體OH*與O*的O、H原子。
綜上，作者本研究提出在電解液中引入微量Cu2+，通過可逆的Cu2+/Cu+氧化還原循環(huán)有效抑制Co3O4催化劑表面形成OER活性相CoOOH，實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)電流密度（800 mA cm-2）下甘油氧化制甲酸的法拉第效率高達(dá)99.3%。
該策略通用性強(qiáng)，適用于多種電氧化反應(yīng)體系，為綠色氫能與高值化學(xué)品協(xié)同生產(chǎn)提供了高效、可擴(kuò)展的新路徑。
Efficient glycerol electro-oxidation at an industrial-level current density. Nat. Sustain., (2025). https://doi.org/10.1038/s41893-025-01665-y.
