5-羟甲基糠醛（HMF）是一种的重要平台化合物，其氧化产物2,5-呋喃二甲酸（FDCA）是制备可再生聚合物的重要原料。传统的从HMF氧化制备FDCA（HMFOR）的热催化技术不仅需要高温高压的反应条件，还需要昂贵的贵金属催化剂。相比之下，通过电催化HMFOR合成FDCA是一种成本效益高且环境友好的方式，可以降低生产成本和能耗。然而，由于缺乏高性能电催化剂，HMFOR仍难以满足实际应用需求。因此，开发新型的、低成本且高效的电催化剂来促进HMFOR是当务之急。

近日，中国科学院山西煤炭化学研究所乔岩研究员团队在HMF电催化氧化高效制备FDCA方面取得重要进展，以《Multi-scale regulation to NiCo hydroxides by ionic liquid for high-performance electrocatalytic HMF oxidation》为题发表在《Chemical Engineering Journal》期刊上。

电驱动5-羟甲基糠醛氧化反应（HMFOR）的关键在于加速催化剂的电化学质子脱嵌过程，以降低反应电势并提升反应活性。本研究创新性地采用离子液体（IL）修饰策略，构建了1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐修饰的Co₂Ni(OH)ₓ催化剂（[BMIm][TFA]-Co₂Ni(OH)ₓ/NF）。离子液体的引入可有效调控催化剂的形貌结构与电子构型，从而显著提升其传质效率并促进高价态活性物种的生成（TFA-M²⁺-OH ⇌ TFA-M³⁺-O）。基于上述优化机制，所得催化剂展现出卓越催化性能：起始电位低至1.13 V （vs. RHE），在1.40 V（vs. RHE）下电流密度达97 mA/cm²，FDCA产率高达98%，且在1.44-1.50 V（vs. RHE）宽电位范围内保持98%的法拉第效率。实验证实该离子液体修饰策略也可有效抑制*OH过度覆盖，从而阻隔析氧反应（OER），确保宽电位窗口内稳定的HMFOR反应活性。本研究为增强钴镍氢氧化物双位点协同效应、加速HMFOR活性物种的高效形成提供了一种新型绿色配体修饰方案。

图：离子液体多尺度调控CoNi氢氧化物促进HMFOR示意图

文章第一作张宗曦博士（导师：乔岩 研究员）也于煤炭高效低碳利用全国重点实验室举办的第二届实验室研究生学术沙龙活动中，凭借课题《镍基复合纳米材料的设计及其电催化5-羟甲基糠醛氧化应用研究》从19名参赛者中脱颖而出，荣获一等奖。该汇报围绕镍基材料的设计，针对生物质电催化转化中存在的镍基材料本征活性不足、反应能耗高和催化剂功能单一等问题，通过构筑非晶-杂原子掺杂结构、离子液体修饰和异质结构筑策略以优化镍基材料的催化反应活性、降低反应电势并提高催化剂拓展性，为高效电催化剂的设计与制备提供了指导意义。其成果分别发表在Green Chemistry、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Chemical Engineering Journal期刊。

图: 第一作者张宗曦获奖合影