生物质衍生的5羟甲基糠醛（HMF）的电化学还原是避免使用化石燃料和氢气的可持续增值化学品生产的一种有效途径。然而，目前电极（铜、铋、铅）的高电压和低活性阻碍了反应效率。

近日，清华大学Haohong Duan发现，制备的Ru₁Cu单原子合金在用于HMF电化学还原中表现出比铜合金更出色的性能，在−0.3 V（vs. RHE）下获得了高得多的DHMF产率（0.47 vs.0.08 mmol cm^-2 h^-1）和FE（85.6 vs.71.3%）。值得注意的是，考虑到反应经常在高浓度下发生HMF二聚反应，DHMF的FE(87.5%)在高浓度(100 mM)时基本保持不变。

文章要点

1）研究人员首先通过在碱性条件下用(NH₄)₂S₂O₈化学氧化泡沫铜，然后在空气中煅烧来制备CuO纳米线阵列。通过在电化学体系中的阴极电位下还原母体CuO纳米结构，获得了Cu纳米结构。然后，通过控制RuCl₃(Ru的前体)的浓度和时间，通过电偶取代法将单原子Ru引入到Cu NWAs中，得到了Ru₁Cu SAA。

2）基于不同电化学技术进行的动力学研究表明，Ru₁Cu和Cu对应物的电化学还原机理不同。单原子Ru促进水的离解生成H*物种，这些H*物种通过ECH机制有效地与HMF反应生成DHMF，而Cu则遵循CPET过程。

这项工作提供了一种单原子合金化设计策略，用于电催化生物质增值。

参考文献

Kaiyue Ji, et al, Electrocatalytic Hydrogenation of 5-Hydroxymethylfurfural Promoted by a Ru₁Cu Single-Atom Alloy Catalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202209849

https://doi.org/10.1002/anie.202209849