近日，团队成员文欢和吴茜梓在国际知名期刊《Journal of Colloid and Interface Science》发表题为“Interface-Engineered Co_5.47N-W₅N₄ Heterostructure Catalyst with Synergistic Dual-Site Hydrogen Bonding and Electronic Modulation for Efficient 5-Hydroxymethylfurfural Electrooxidation”的研究论文。

5-羟甲基糠醛（HMF）电氧化反应（HMFOR）可将生物质资源转化为高附加值的2,5-呋喃二甲酸（FDCA），后者是合成生物基可降解塑料PEF的关键单体，因此开发高效HMFOR催化剂对生物质资源化利用具有重要意义。钴基催化剂因其较低的起始电位在HMFOR中展现出潜力，但仍面临反应动力学缓慢、关键官能团吸附与活化能力不足等挑战。

本研究通过溶剂热-煅烧法在碳布上构建了Co_5.47N-W₅N₄异质结构催化剂。该催化剂通过界面电子调控和双位点氢键协同作用，显著增强了对HMF分子中羟甲基和醛基的吸附与活化能力。物性表征与原位光谱分析表明，异质界面处的电子从Co_5.47N向W₅N₄转移，不仅促进了高价钴物种（Co³⁺/Co⁴⁺）在较低电位下生成，还通过氢键作用大幅削弱了HMF分子中O–H键的强度，从而加速了决速步（HMFCA→FFCA）的反应动力学。此外，纳米颗粒-纳米片分级结构提供了丰富的活性位点，优化了传质过程，进一步提升了催化性能。得益于上述优势，Co_5.47N-W₅N₄在HMFOR中表现出优异的电催化性能，仅需1.17 V_RHE即可达到10 mA cm^‒2的电流密度，FDCA选择性高达98.0%。该研究从促进反应分子吸附与活化的角度出发，为设计高效生物质电氧化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，尹诗斌教授和吴佳老师为共同通讯作者，文欢和吴茜梓同学为论文共同第一作者。研究得到国家自然科学基金和广西自然科学基金重点项目的资助与支持。

图1.（a）催化剂合成示意图；（b-g）SEM图；（h-j）液体接触角图。

图2.（a）XRD图谱；（b）Raman图谱；（c-f）TEM和HRTEM图像；（g-j）EDX图；（k-m）XPS谱图。

图3.（a）LSV曲线；（b）HMFOR性能比较；（c）塔菲尔斜率；（d, e）C_dl和TOF图；（f, g）不同电荷量下反应物分子的HPLC图和浓度变化；（h）HMF转化率；（i）循环稳定性测试。

图4.（a）OCP值；（b）¹H NMR谱图；（c）氢键相互作用的示意图；（d-f）原位EIS波德相位图；（g-j）原位拉曼光谱图。

图5.（a-d）HMF、HMFCA和FFCA氧化反应速率常数比较；（e, f）FF和FFA的LSV曲线；（g-i）FF和FFA氧化反应速率常数比较；（j）Co_5.47N-W₅N₄上HMFOR过程示意图。