近期，中国科学院合肥物质院固体所环境与能源纳米材料中心尹华杰研究员团队在5-羟甲基糠醛高效转化为2,5-呋喃二甲酸方面取得新进展。相关研究成果以“Efficient Alkaline-Free Electrooxidation of 5-Hydroxymethylfurfural to 2,5-Furandicarboxylic Acid using Electrochemically-Charged NixCo1-x(OH)2 as a Redox Mediator”为题发表在Angewandte Chemie International Edition (Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202423109)上。
利用可再生能源将生物质衍生分子（如5-羟甲基糠醛（HMF））转化为高附加值产品，同时实现制氢，为可持续化学品和能源的制备提供了广阔的机遇。然而，HMF的氧化及电化学氧化过程通常需要强碱条件和膜的使用。在强碱环境下，HMF不稳定，易形成低聚物，从而降低产物的纯度，并且产物往往以羧酸盐的形式存在，增加了分离的难度；而膜的使用则进一步增加了转化成本。
基于此，研究人员提出了一种两步解耦系统，在无强碱、无膜条件下驱动了HMF高效氧化。通过引入NixCo1-x(OH)2作为氧化还原介质，在两步解耦体系中实现了HMF向2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的无碱转化。这种解耦策略能够成功耦合两种不同电解质中的反应：碱性电解质中的析氢反应和HMF水溶液中的HMF氧化反应。在该两步系统中，H2和FDCA的单独生产有效地解决了强碱和膜带来的挑战。研究结果表明，氧化还原介质通过捕获底物中的氢来促进氧化；Co的引入加速了底物脱氢，从而提高了HMF的氧化速率；Ni0.85Co0.15OOH能够促进HMF高效脱氢，产物2,5-呋喃二甲酸的选择性和产率均接近100%。研究人员将该系统扩展到多种反应物的氧化，发现产率均超过92%。此外，通过用流动电极取代固定电极，验证了解耦策略的可扩展性。该策略不仅具有良好的生产放大潜力，还可扩展至其他底物的氧化反应，为有机合成、产品分离及制氢提供了可持续的解决方案。
上述研究得到了国家自然科学基金的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202423109
图. 两步解耦系统的示意图。
