大连工业大学王海松团队 ACB：铜掺杂Co₃O₄诱导位点差异化调控与电荷离域实现生物质电氧化与析氢反应高效耦合

本文研究背景是5-羟甲基糠醛（HMF）作为木质纤维素生物质衍生的平台分子，是制备生物基可降解聚酯单体FDCA的关键前驱体，但纯相Co₃O₄尖晶石催化剂因电荷转移动力学迟缓及活性位点竞争吸附，难以高效实现HMF定向氧化。研究目的为通过铜掺杂调控Co₃O₄尖晶石的电子结构，构筑高效双功能电极，实现HMF电催化氧化与阴极析氢反应的高效耦合。研究结论表明，通过水热法合成的Cu掺杂Co₃O₄催化剂（Cu₀.₂₅Co₂.₇₅O₄），Cu²⁺优先占据四面体位点，诱导位点分化与电荷离域，显著优化了OH⁻和HMF的吸附行为，在1.4 VRHE下实现98% FDCA产率与98%法拉第效率，阴极析氢法拉第效率达93%，析氢速率0.06 mL min⁻¹，且对多种生物质底物具有普适性。DFT计算证实，位点差异化电子调控策略为过渡金属氧化物设计提供了新理论框架。