電化學(xué)水分解制氫被認(rèn)為是一種高效且具有前瞻性的可持續(xù)技術(shù)，但其陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OER)動(dòng)力學(xué)緩慢且產(chǎn)物附加值較低。盡管通過(guò)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的電催化劑降低了OER的過(guò)電位，但仍未能在整體反應(yīng)效率上取得質(zhì)的突破。利用具有良好熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的新型陽(yáng)極氧化反應(yīng)與陰極析氫反應(yīng)(HER)相結(jié)合，可以降低電解系統(tǒng)所需的電壓。

近日，北京化工大學(xué)邵明飛和謝文富等報(bào)道了一種雙功能CoNiP納米片集成電極(CoNiP-NIE)，來(lái)提高HER并通過(guò)5-羥甲基糠醛氧化反應(yīng)(HMFOR)代替OER，從而獲得高價(jià)值的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。

CoNiP-NIE上的FE_FDCA在1.50 V_RHE時(shí)可達(dá)到87.2%，并在1.40 V_RHE至1.70 V_RHE寬電勢(shì)范圍內(nèi)的FE_FDCA超過(guò)82%；CoNiP-NIE還顯示出優(yōu)異的HER活性，在-10 mA cm^-2電流密度下具有107.56 mV的低過(guò)電位。

此外，基于雙功能CoNiP-NIE的EHCO系統(tǒng)表現(xiàn)出超低的電池電位(1.46 V)和更高的析H₂速率(41.2 L h^-1 m^-2)，優(yōu)于水分解系統(tǒng)(1.76 V, 16.1 L h^-1 m^-2)；該ECHO系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高FDCA產(chǎn)率(85.5 g h^-1 m^-2)，進(jìn)一步提高制氫的經(jīng)濟(jì)效益。

原位EIS和拉曼光譜表明，CoNiP經(jīng)歷了表面金屬氧化和隨后被HMF部分還原。理論計(jì)算表明，CoNiP對(duì)FDCA表現(xiàn)出增強(qiáng)的電導(dǎo)率和適度的解吸，尤其是在高電位下，產(chǎn)物的快速解吸為后續(xù)反應(yīng)提供了反應(yīng)位點(diǎn)，從而賦予其優(yōu)異的催化性能?？偟膩?lái)說(shuō)，這項(xiàng)工作可以為合理設(shè)計(jì)雙功能電催化劑以用于高效產(chǎn)氫和生物質(zhì)氧化提供一個(gè)成功的范例。

Bifunctional Integrated Electrode for High-efficient Hydrogen Production Coupled With 5-Hydroxymethylfurfural Oxidation. Applied Catalysis B: Environmental, 2022. DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121400