Интеграция электрокаталитического окисления 5-гидроксиметилфурфурола и получения водорода с использованием электрокатализаторов на основе Co–P

Электрокаталитическая переработка биомассы с использованием возобновляемой энергии представляет собой перспективный способ получения устойчивых углеродсодержащих продуктов, не основанных на ископаемом сырье. Еще более привлекательным является интегрирование окислительной переработки биомассы с получением H₂ в одном электролизере. В настоящей работе показано, что электроосажденный Co–P может выступать в качестве эффективного электрокатализатора для одновременного окисления 5-гидроксиметилфурфурола (HMF) до 2,5-фурандикарбоновой кислоты (FDCA) на аноде и получения H₂ на катоде в щелочной среде. При использовании в качестве предшественника катализатора на аноде Co–P обеспечивал плотность тока 20 мА/см² при окислении HMF в 1,0 M KOH с 50 мМ HMF при 1,38 В относительно обратимого водородного электрода (RHE), до начала конкурирующей реакции выделения O₂. Длительная хроноамперометрия продемонстрировала почти 100%-ную конверсию HMF и приблизительно 90%-ный выход FDCA. При интегрировании окисления HMF и выделения H₂ в одном электролизере с парой катализаторов Co–P/Co–P потенциал, необходимый для достижения плотности тока 20 мА/см², составлял 1,44 В, что на 150 мВ ниже потенциала, необходимого для полного расщепления воды. Для выделения H₂ была получена кулоновская эффективность, близкая к 100%. В целом результаты показывают, что электрокатализаторы на основе распространенных в природе элементов можно эффективно использовать для интеграции получения H₂ и окислительной переработки биомассы с более высокой эффективностью преобразования энергии по сравнению с расщеплением воды, одновременно получая ценные продукты на катоде и аноде в одном электролизере.