近日，团队成员吴佳老师在国际知名期刊《Chemical Science》发表题为“Brønsted bases promote interfacial proton transfer for enhanced biomass electrocatalysis”的研究论文（DOI: 10.1039/D5SC04035C）。

5-羟甲基糠醛（HMF）是一种重要的生物质平台化合物，其氧化产物2,5-呋喃二甲酸（FDCA）可作为生产可降解塑料PEF的关键单体。HMF电氧化反应（HMFOR）是一种绿色、高效的FDCA制备途径。尽管钴基催化剂因其较低的起始电位受到广泛关注，但其缓慢的电子-质子转移过程限制了反应速率和FDCA选择性。

本研究提出在钴基催化剂表面引入布朗斯特碱（磷酸基团，Pi）以调控界面质子转移动力学。通过密度泛函理论计算、原位光谱和电化学实验，团队发现Pi基团可缩短质子给体（HMF）与受体（催化剂）之间的距离，增强质子振动波函数重叠，从而促进反应分子中O-H键的断裂并降低脱氢步骤的能垒。实验结果表明，Pi-Co催化剂在1.41 V_RHE下可实现1000 mA cm^‒2的电流密度，FDCA选择性接近100%，其性能较未修饰钴催化剂提升6.5倍。该研究不仅揭示了界面质子转移在生物质电氧化中的关键作用，也为设计高效催化剂提供了新思路。

该研究成果以广西大学化学化工学院和广西电化学能源材料重点实验室为通讯单位，尹诗斌教授和文欢老师为共同通讯作者，吴佳老师为论文第一作者，张建龙同学在理论计算方面做出重要贡献。研究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与支持。

图1.（a）氢质子转移示意图；（b）质子给体与受体之间的质子转移能垒示意图。

图2.（a）Pi-Co催化剂合成路线示意图；（b）SEM图；（c）离子色谱图；（d）XRD图谱；（e, f）TEM和HRTEM图像；（g）Co 2p XPS谱图；（h-j）XPS深度剖面图。

图3.（a）LSV曲线；（b）HMFOR性能比较；（c）催化剂在1.40 V_RHE下的性能；（d）HMF转化率；（e）不同电荷量下反应物分子的浓度变化；（f）不同电位下的原位ATR-FTIR谱图；（g）AEM电解槽示意图及(h)相应LSV曲线。

图4.（a, b）催化剂的KIEs实验；（c, d）催化剂在不同浓度K₂CO₃溶液中的LSV曲线；（e, f）催化剂的Proton inventory实验；（g）氢质子转移示意图及（h）相应的能量变化。

图5.（a）反应分子构型；（b）脱氢吉布斯自由能图；（c）‒COHP；（d）反应速率常数；（e）Zn²⁺与PO₄^3‒相互作用示意图；（f）添加Zn²⁺前后的LSV曲线和塔菲尔斜率（插图）；（g）添加Zn²⁺前后的KIEs实验；（h）添加Zn²⁺前后的HMF转化率。