近日，齐鲁工业大学(山东省科学院)环境学部废弃物资源化技术团队在生物质电化学升级方面取得研究进展。相关成果以“Ionic liquid dopant induced 3D hierarchical CuO nanostructures with doped heteroatoms and highly dispersed Ag for electrochemical upgrading of 5-hydroxymethylfurfural（离子液体掺杂剂诱导的具有掺杂杂原子和高度分散银的三维分层氧化铜纳米结构，用于 5-羟甲基糠醛的电化学升级）”为题发表在《chemical engineering journal》（学术影响力在143个工程、化工（Engineering Chemical）期刊中排名第四（4/143），2023年IF=15.1）上。齐鲁工业大学（山东省科学院）为该论文完成第一单位，环境学部硕士研究生李超凡为论文的第一作者，臧立华教授、马云倩副教授为通讯作者。该项研究工作受到山东省自然科学基金、河南省自然科学基金、齐鲁工业大学（山东省科学院）科教产融合重大创新项目等资助。

随着石油资源的快速消耗以及环境问题日益严峻，可再生能源的利用对于未来的可持续发展非常重要。5-羟甲基糠醛 (HMF) 是一种丰富的可再生生物质资源，通过选择性氧化可以得到2,5-呋喃二甲酸 (FDCA)，后者可用作合成各种化学品（尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)）的中间体。团队在研究中旨在开发具有高活性和高选择性的电催化剂进行HMF电催化氧化反应（HMFOR）。受到离子液体（IL）的高流动性、低熔化温度、可定制阴阳离子等独特的物理化学性质的启发，在合成过程中引入IL用于控制催化剂的结构形态。该催化剂表现出优异的HMFOR性能，仅在1.33 V vs RHE下就可以达到10 mA cm^-2，并且HMF的转化率达到98.5%，FDCA的产率为97.1%，法拉第效率达到92.2%。

在[Hmim]BF₄的作用下，所形成的纳米片组装球簇可以极大的暴露活性位点，N、B、F杂元素的掺杂也可以在电子重新分配上发挥作用，并增强材料的亲水性。在此基础上，由IL阴离子所诱导的氧空位锚定了Ag原子，使之高度分散，＊＊化的利用Ag的催化效率，这使的HMFOR的性能得到显著提升。通过DFT计算表明，催化剂具有适度的HMF和OH^-吸附强度，从而促进反应过程中产物的解吸。通过IL所制的这种控制结构形貌和独特的金属分散方式，也可以指导其他高活性电催化剂的合成，在各种电催化应用中提高性能。

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