近日，我院刘旭坡、陈野副教授等在国际顶尖化学学术期刊Angewandte Chemie-International Edition（《德国应用化学》）发表了题为“Ligand-Hybridization Activates Lattice-Hydroxyl-Groups of NiCo(OH)x Nanowires for Efficient Electrosynthesis”的研究论文。刘旭坡副教授为本文的第一作者，陈野副教授、华中科技大学王得丽教授为共同通讯作者，3499cc拉斯维加斯为第一作者单位。该研究得到国家自然科学基金项目、河南省科技攻关项目的支持。
利用广泛存在且具备可再生特性的生物质资源作为原料，合成高附加值化学品，正展现出广阔的发展前景。2,5-呋喃二甲酸（FDCA）作为一种核心的生物基平台化合物，有望取代石油基单体对苯二甲酸合成可降解聚酯等材料。电催化氧化5-羟甲基糠醛（HMF）是制备FDCA的一种重要途径，开发高效的电催化材料非常必要。然而，在电催化氧化HMF进程中，一个显著挑战在于电催化剂的晶格羟基脱氢反应速率迟缓，直接导致了高价金属活性位点难以生成，从而严重制约了整个电氧化过程的效率。前期探究表明，通过向催化剂中巧妙引入配体，能够显著促进有机-无机杂化界面上的电子重排，促进高价金属活性物质形成。尽管如此，在有机-无机杂化表面上，有机配体与邻近金属位点之间复杂的电荷转移和再分配过程，目前仍存在认知上的模糊地带，并且有机配体促进高价金属活性位点形成的活化机制尚不完全明晰。
针对上述问题，刘旭坡、陈野副教授团队提出了一种配体诱导晶格羟基活化策略，基于杂化界面电荷重排来调控电氧化HMF活性位点形成，显著提高了催化剂的电氧化HMF性能。通过水热法构建了苯甲酸配体杂化NiCo(OH)x纳米线催化剂，苯甲酸配体的强吸电子能力有效促进了缺电子Ni/Co位点产生，导致晶格羟基上的O-H键强度减弱。电化学分析和原位拉曼光谱表明，这种减弱的O-H键强度有利于晶格羟基的电化学活化和脱氢（M2+-O-H → M3+-O），从而产生高价Ni/Co活性位点。此外，镍/钴位点之间的协同作用能够同时加速HMF中羟基和醛基氧化。DFT计算也表明，发生脱氢反应的质子容易与苯甲酸配体中的羰基形成“氢桥”，从而加速电氧化HMF进程中的质子转移。最后，通过在NiCo(OH)x中引入苯酚、苯磺酸和苯基亚膦酸配体，验证了配体诱导晶格羟基活化策略的普适性。这一成果是拉斯维加斯官网在生物质电合成催化剂研究领域取得的又一重要进展，有望为高效电催化剂设计提供有益指导。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202408109
（材料科学与工程学院 刘旭坡 陈野）