Et forskerteam har anvendt metalkorrosion til at fremstille højtydende elektroder, hvilket muliggør effektiv og omkostningseffektiv opgradering af biobaseret 5-hydroxymethylfurfural (HMF). Deres undersøgelse er offentliggjort i Kemkatalyse.
Korrosion er et almindeligt fænomen, der kan føre til materialesvigt og økonomiske tab. Forskere undersøger imidlertid sit potentiale for fordelagtige anvendelser, især inden for opgradering af biomasse.
Biomasse er blandt de mest rigelige vedvarende ressourcer på jorden. Gennem katalytisk konvertering kan biomasse opgraderes til brændstoffer og kemikalier, der kan erstatte traditionelle fossile ressourcer og dermed spille en vigtig rolle i opnåelsen af ”peak kuldioxidemission og kulstofneutralitet.”
Inspireret af ideen om at “omdanne skade til fordele” kombinerede forskerteamet spontan metalkorrosion med effektiv opgradering af biomasse. De fremstillede cocu-mikrobyrarays på kobberskum (Cocumw/CF) ved hjælp af koboltion-forbedret korrosionsinduktion.
COCUMW/CF-elektroden muliggør effektiv elektrokemisk reduktion af HMF til 2,5-bis (hydroxymethyl) furan (BHMF), som kan konverteres yderligere til miljøvenlige plast- eller gummiprodukter, høje værdiforringede derivater og biobaseret med høj kvalitet og høj kvalitet bio-baseret Kemikalier gennem enkle metoder.
Desuden demonstrerede den forberedte COCUMW/CF -elektrode en bemærkelsesværdig HMF -konverteringsfrekvens på 95,7% og et BHMF -udbytte på 85,4% ved potentialet på -0,5 V vs. reversibel hydrogenelektrode (RHE), hvilket indikerer overlegen ydeevne for HMF -hydrogenering i en neutral elektrolyt .
Navnlig var aktiveringsenergien for HMF -elektrokatalytisk reduktion 16,6 ± 2,5 kJ · mol-1signifikant lavere end ved termokatalyse.
I denne undersøgelse afslørede densitetsfunktionelle teori (DFT) beregninger, at COCUMW/CF -elektroden udviser reducerede frie energibarrierer for både de indledende og efterfølgende hydrogeneringstrin i HMF. Denne reduktion i energibarrierer forbedrer den katalytiske ydeevne og selektiviteten til BHMF -produktion.
Undersøgelsen udfordrer konventionelle synspunkter på korrosionsfænomener og muliggør meget effektive elektrokemiske hydrogenering ved anvendelse af kobberbaserede elektrokatalysatorer til opgradering af biomasse til ekstremt lave omkostninger. Denne fremskridt giver et stort løfte om at fremskynde HMF -elektrohydrogeneringsapplikationer.
Undersøgelsen blev ledet af prof. Zhang Jian fra Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS).