近日，我校材料科学与工程学院王公轲教授研究团队在国际期刊Angewandte Chemie International Edition（《德国应用化学》）发表了题为Hydrogen Bridge-Mediated Efficient Electrooxidation of 5-Hydroxymethylfurfural on Ni(OH)2─PO43−/Ni3(PO4)2 Heterojunctions的研究论文。我校材料科学与工程学院青年教师刘旭坡副教授为论文第一作者，王公轲教授和华中科技大学王得丽教授为通讯作者，河南师范大学为第一作者单位。
在众多生物质分子中，2,5-呋喃二甲酸（FDCA）被列为12种最具价值的生物质衍生化学品之一。电催化氧化生物质衍生的5-羟甲基糠醛（HMF）是生产FDCA的一种绿色且高效的途径，而加速催化剂表面的质子脱嵌与转移，对电氧化HMF合成FDCA至关重要。因此，深入探究催化剂表面的质子演化过程，对于推动HMF氧化研究具有重要意义。然而，以往的研究大多只是单独探讨质子脱嵌或者表面质子转移，缺乏将这两者相结合的系统研究，这在一定程度上阻碍了对HMF氧化过程中质子演化机制的深入理解。针对这一挑战，该团队提出了一种新的氢桥介导HMF电氧化机制，借助磷酸根基团促进催化剂表面的质子脱嵌与传递，进而显著提升催化剂电氧化HMF性能。通过腐蚀-活化策略成功合成了一种Ni(OH)2─PO43−/Ni3(PO4)2异质结催化剂。大体积PO43−基团导致催化剂的结构相对疏松且有序度较低，使得Ni3(PO4)2预催化剂能够电化学转化为高活性Ni(OH)2─PO43−纳米层。密度泛函理论计算和pH依赖性实验证实，PO43−基团诱导形成的氢桥促进了催化剂表面的质子脱嵌，同时作为“质子渡轮”加速了质子转移效率。OH吸附速控步骤通过连接*HMF-H中α-C原子与PO43−基团的氢桥实现，显著降低了HMF氧化反应能垒。此外，通过将该策略拓展至泡沫钴、泡沫铜和泡沫铁等其他金属基体，验证了氢桥介导电氧化机制的普适性。这一成果是我校在生物质分子催化转化研究方面取得的又一重要进展，在生物质高效转化领域展现了潜在应用前景。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202509274
（材料科学与工程学院 王利媛 刘旭坡）