生物质作为一种新型的可再生非化石资源，被认为是潜在化石资源替代品。5-羟甲基糠醛（HMF）作为生物质资源的重要代表性平台产品之一，可以作为原料生产多种高附加值化合物。将电氧化HMF与在新能源领域中具有重要研究意义的析氢反应耦联是一种具有应用前景的绿色策略，不仅能够突破电催化水裂解体系的动力学瓶颈，而且能有效降低体系电能消耗。然而，目前该研究方向仍处于概念验证的初始阶段，面临较多挑战。
日前，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心能源催化材料课题组研究员齐伟团队提出通过电沉积技术将镍以纳米片的形式均匀生长在碳纸基底上制备复合电极材料，并利用该材料探究镍基催化剂对HMF电催化促进作用机理和构效关系规律的新颖研究思路。相关成果发表在Angewandte Chemie International Edition上。
制备出的镍纳米片/碳纸复合电极能够在较低的反应电位(1.36VRHE)下高选择性电催化HMF氧化生成2,5-呋喃二甲酸（FDCA）并耦合高效析氢反应，反应体系对目标产物FDCA的选择性和产率均接近100%，生成H2的法拉第效率为95.3%，且该催化剂展示出较高的稳定性，经多次重复利用后仍无活性衰减现象。关联镍纳米片/碳纸复合电极材料的活性与结构可以发现这种优异的催化性能主要源于碳纸上负载的镍纳米片较低的结晶度、更多的边缘位点以及独特的电子结构。处于边缘位缺电子状态的镍单质容易在反应过程中被原位氧化为具有更高价态的Niδ+物种（NiO或NiOOH细小晶粒），从而显著提高镍纳米片/碳复合电极的催化活性。第一性原理计算明确了催化反应路径并揭示出催化活性的提高主要来源于Niδ+物种对HMF更有利的吸附构型、较强的吸附能和较低的基元反应步骤能垒。
该镍纳米片/碳复合电极在HMF的电氧化反应中展示出理想的催化活性、能量效率和稳定性，为生物质资源的高效利用和可持续发展提供了新思路。此外，该工作表明在原子水平上对反应机理的理解以及电子结构工程策略对高效电催化剂设计制备的重要意义。
论文第一作者和通讯作者分别为金属所沈阳材料科学国家研究中心联合研究部博士研究生卢星宇和研究员齐伟。
图1.镍/碳复合电极的形貌与性能
图2.镍纳米片/碳复合电极的高活性来源和结构-功能关系探索
近日，中国科学院广州能源研究所研究员王晨光与比利时鲁汶大学教授BertF.Sels合作，在生物质全组分高值化利用方面取得重要进展。相关研究以长文的形式在线发表于《ACS-催化》。温和氧化是一项具有应用......
近日，复旦大学赵东元院士/李晓民教授团队在新型多孔材料构建仿生逻辑门方面取得进展，相关研究成果以“乳液定向诱导双球状非对称介孔纳米粒子用于生物质逻辑门”（Emulsion-OrientedAssemb......
预处理是实现以木质纤维素类生物质为原料、制备燃料和化学品生物炼制过程的基础，决定了炼制的方向和效率。近日，中国科学院广州能源研究所生物质能生化转化研究室研究员庄新姝团队在温和有机预处理生物质研究方面取......
近日，中科院大连化学物理研究所有机催化研究组（DNL0601）石松副研究员与美国特拉华大学DionVlachos教授等合作，在糠醛等生物质催化选择性调控研究方面取得新进展。在生物质催化转化反应中，生物......
近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员王峰、副研究员罗能超团队与的里雅斯特大学教授PaoloFornasiero团队合作，在光催化生物质制氢方面取得新进展。团队提出一种“C-C键优先”的策略，利用T......
近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员王峰、副研究员罗能超团队与的里雅斯特大学教授PaoloFornasiero团队合作，在光催化生物质制氢方面取得新进展。团队提出一种“C-C键优先”的策略，利用T......
视觉中国供图采用生物质制备活性炭，原料成本低，椰壳、核桃壳、松子壳等果壳以及秸秆、木屑、污泥、废弃蔬菜等废弃物都可以用作原料，但对这些原料的预处理活化过程的能耗过高，制约了生物质生产活性炭的产业化发展......
12月2日，由中国科学院广州能源研究所（以下简称广州能源所）承担的“十三五”国家重点研发计划战略性国际科技创新合作重点专项项目“生物质气化及热电气多联供系统研发及示范”在泰国建设的1MWe生物质气化多......
生物质作为一种新型的可再生非化石资源，被认为是潜在化石资源替代品。5-羟甲基糠醛（HMF）作为生物质资源的重要代表性平台产品之一，可以作为原料生产多种高附加值化合物。将电氧化HMF与在新能源领域中具有......
生物质作为一种新型的可再生非化石资源，被认为是潜在化石资源替代品。5-羟甲基糠醛（HMF）作为生物质资源的重要代表性平台产品之一，可以作为原料生产多种高附加值化合物。将电氧化HMF与在新能源领域中具有......