近日，团队成员朱玉梅同学在《ChemCatChem》发表题为“Regulating Adsorption Behavior of Reactants on NiO/CuO/Co₃O₄ Surface by Electronic Effect to Promote Electrosynthesis”的研究论文（DOI: 10.1002/cctc.202400819）。

能源危机和环境问题影响着社会的可持续发展。其中，电催化氧化5-羟甲基糠醛反应（HMFOR）可以生成高附加值产品2,5-呋喃二羧酸（FDCA），为解决能源和环境问题提供了新的思路。研究表明，反应分子吸附在催化剂表面是催化反应发生的第一步。因此，了解催化剂表面与反应物之间的吸附行为至关重要。

基于此，团队通过研究HMFOR性能与反应物在不同过渡金属氧化物（TMO）上的吸附行为之间的关系，发现TMO的催化活性与催化剂同时吸附OH^–和HMF的能力有关。因此，将具有不同HMF和OH^–吸附能力的TMO耦合，可以进一步优化HMFOR的催化性能。实验和理论计算结果表明，不同TMO之间的电子相互作用可以调节催化剂的底物吸附行为和电子转移能力，有利于HMFOR的发生。其中，三种组分之间的强相互作用优化了HMF和OH^–的吸附能力，NiO/CuO/Co₃O₄表现出最佳的HMFOR性能，只需要1.24 V_RHE即可提供10 mA cm^–2的电流密度，达到约100%的HMF转化率、99.6%的FDCA选择性和99.3%的FE，并在43个循环中保持较好的FDCA选择性（95%以上）。

研究成果以广西大学化学化工学院为第一通讯单位，尹诗斌教授为通讯作者，2021级硕士研究生朱玉梅为第一作者。该工作得到国家自然科学基金、广西自然科学基金重点项目和广西大学高性能计算平台的资助和支持。

图1.（a）HMFOR的LSV曲线；（b）计算得出的C_dl值；（c）HMFOR的ECSA归一化LSV曲线；（d）1.0 M KOH溶液中注入10 mM HMF前后的OCP；（e） 1.0 M KOH溶液中的Zeta电位；（f，g）HMF转化率、FE、FDCA选择性和生成率；（h）HMF的速率常数；（i）不同电位下NiO/Co₃O₄/CuO/NF的HMF转化率、FE、FDCA选择性和生成速率。

图2. NiO/CuO/Co₃O₄/NF的（a）合成过程示意图；（b）NiO/CuO/Co₃O₄在400 ℃下2小时的XRD；（c）SEM图像；（d-h）HRTEM图像；（i-l）Ni、Cu、Co和O的相应EDX图像。

图3. 所制备样品的（a）Ni 2p、（b）Co 2p和（c）Cu 2p的XPS图；（d）NiO-CuO-Co₃O₄界面的电荷密度差图。

图4.（a）1.0 M KOH溶液中注入10 mM HMF前后的OCP和1.0 M KOH溶液中的Zeta电位；（b）HMFOR的LSV曲线；（c）计算的C_dl；（d）NiO/CuO/Co₃O₄/NF的OER和HMFOR的LSV曲线。

图5. 不同电压下（a）NiO/CuO/Co₃O₄/NF在1.0 M KOH含10 mM HMF溶液中的Nyquist图；（b）NiO/CuO/Co₃O₄/NF、NiO/Co₃O₄/NF、NiO/CuO/NF和CuO/Co₃O₄/NF催化剂在1.0 M KOH含10 mM HMF溶液中的Nyquist特图；（c）NiO/CuO/Co₃O₄/NF在催化剂在1.0 M KOH有和没有10 mM HMF溶液中的Nyquist特图；（d）NiO/CuO/Co₃O₄/NF、（e）NiO/Co₃O₄/NF、（f）NiO/CuO/NF和（g）CuO/Co₃O₄/NF样品在1.0 M KOH + 10 mM HMF中的Bode相位图；（h）TDOS；（i）HMF和OH吸附能。

图6.（a）HMFOR过程的反应路径；（b）HMFOR的HPLC图谱；（c）NiO/CuO/Co₃O₄/NF速率常数的估算；（d）所有样品的速率常数的柱形图；（e）NiO/CuO/Co₃O₄/NF循环43次后的HMF转化率、FDCA选择性和FE。

图7.（a）HER的LSV曲线；（b）与已报道催化剂活性的比较；（c）NiO/CuO/Co₃O₄/NF在HMFOR || HER和OER || HER系统的LSV曲线；（d）NiO/CuO/Co₃O₄/NF循环10次后的HMF转化率、FDCA选择性和FE。