湖南大学邹雨芹课题组：Cu0–Cu+活性位点协同促进糠醛电化学加氢

湖南大学邹雨芹教授通过构筑Cu⁰-Cu⁺活性位点，揭示了糠醛电化学加氢的内在反应机理，并通过原位XAS表征和DFT计算阐明了Cu⁰位点的解吸优化过程和Cu⁺位点的加氢加速效应。

目前已经有大量的工作对糠醛电化学加氢（ECH）进行了改良和设计，并尝试优化该反应的选择性和转化率。在已报道的催化剂中，Cu基催化剂对糠醛电化学加氢生产糠醇表现出优异的催化性能。但Cu电极表面存在球内与球外的两种反应路径，并且真实的反应活性位点仍不明晰。混合价态的Cu氧化物催化剂展示优异的糠醇选择性，但受限于催化过程中动态的电催化剂表面。因此，原位捕捉真实反应活性中心从而深入揭示Cu基催化剂糠醛电化学加氢活性起源具备极高的研究价值。

最近，湖南大学邹雨芹教授报道了Cu⁰-Cu⁺活性位点协同促进糠醛电化学加氢的研究工作，结果表明协同催化的Cu⁰-Cu⁺活性位点展示了非常优异的电化学糠醛加氢性能。原位X射线吸收光谱（XAS）对制备的CuO纳米线在糠醛ECH作用下的氧化状态进行了跟踪研究，证实了电加氢过程中Cu⁰态和Cu⁺态的共存状态。此外，通过毒化实验证实了Cu⁺在糠醛ECH中的决定性作用。最后，利用密度泛函理论（DFT）计算分析了糠醛ECH在Cu (111)、Cu₂O (111)和Cu⁰-Cu⁺上的反应能垒。Cu⁰-Cu⁺在催化剂表面的活性位点协同糠醛向糠醇的转化，并揭示了Cu⁰和Cu⁺各自的作用: Cu⁺加速了糠醛的第二步加氢过程，Cu⁰降低了糠醇解吸能垒。本工作中的实验和理论计算结果不仅充分揭示了Cu基催化剂在糠醛电化学加氢过程中的性能起源，更为有机物加氢体系中混合价态催化剂设计提供了指导意见。

论文作者为湖南大学夏忠诚、李莹莹等，通讯作者为湖南大学邹雨芹教授。详见：Xia Z, Li Y, Wu J, Huang YC, Zhao W, Lu Y, Pan Y, Yue X, Wang Y, Dong CL, Wang S, Zou Y. Promoting the electrochemical hydrogenation of furfural by synergistic Cu⁰-Cu⁺ active sites. Sci China Chem, 2022, 65, https://doi.org/10.1007/s11426-022-1407-0

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通讯作者简介

邹雨芹，湖南大学化学化工学院教授，博士生导师。2017年获得英国曼彻斯特大学化学博士学位，同年入职湖南大学化学化工学院。近年来围绕有机分子电催化转化开展了一系列研究，剖析了催化剂与有机分子间作用机制，探究了有机电催化反应路径，并在此基础上，设计了一系列高效催化剂。

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