DOI: 10.1021/acsanm.2c03656

将5-羟甲基糠醛（HMF）电催化氧化为2,5-呋喃二羧酸（FDCA）被认为是工业生产中实现生物质资源绿色转化的最有前途的方法。在此，研究者使用静电纺丝方法获得了一系列CuxCo3-xO4（0≤x≤1）纳米纤维，发现了Cu/Co相互作用在调节反应位点和酸性位点的电子结构以增强HMF电氧化（HMFOR）固有活性中的作用。表征和理论计算表明，合理比例的Cu/Co会影响尖晶石中活性位点的结构和Lewis吸附位点的暴露，从而最终决定了其优异的催化活性。占据Co基尖晶石中四面体位置的适量Cu显著提高了电催化性能。尤其，Cu0.5Co2.5O4表现出最佳性能，对HMF的选择性为93%，FDCA的法拉第效率为91%。总体而言，这项工作提供了一种通过调整金属成分来设计高活性催化剂的策略，在原子尺度上为多金属活性位点结构的调控提供了更深入的见解。

图1.（a）CuxCo3-xO4纳米纤维的合成过程示意图。（b）CuxCo3-xO4（x=0.0，0.5，1.0）的XRD图谱。（c）CuxCo3-xO4的拉曼光谱。（d）Cu0.5Co2.5O4的SEM图像。（e）Cu0.5Co2.5O4的TEM和（f）HR-TEM图像。（g）Cu0.5Co2.5O4的元素映射图像。

图2.CuxCo3-xO4的XPS光谱。（a）全扫描，（b）Co2p，和（c）Cu2p。

图3.CuxCo3-xO4的电化学性能。（a）在含50mM HMF的1M KOH中以50mV/s的扫描速率获取的CV和（b）LSV曲线。（c）HMFOR的起始电位。（d）CuxCo3-xO4的Tafel斜率。（e）CuxCo3-xO4的阻抗谱。（f）Cu0.5Co2.5O4在有无50mM HMF的1.0M KOH中的LSV。

图4.（a）HMF电氧化催化剂的HPLC（高效液相色谱法）跟踪检测。（b）Cu0.5Co2.5O4在不同外加电势下的法拉第效率和选择性。（c）Cu0.5Co2.5O4电氧化HMF期间底物、中间体和产物的浓度。（d）CuxCo3-xO4在1.55V（vs.RHE）下的法拉第效率和FDCA选择性。

图5.（a-c）CuxCo3-xO4中O p态和Cu/Co d态的PDOS。（d）相对于Co3+oct d带中心计算的O p带中心。（e）相对于Ef计算的Co d带中心。（f）计算的Co3O4（311）和Cu0.5Co2.5O4（311）的吸附能。