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ACS Catalysis:MoS2相變控制電催化糠醛加氫或者二聚選擇性

本文制備并充分表征一系列具有不同結構相分布(1T和2H)的碳負載MoS2電極。

香港城市大學Jason Chun-Ho Lam等人報道如何利用過渡金屬二硫化物(TMD)催化劑MoS2的結構相分布來控制糠醛(FFL)的電催化加氫(ECH)和電催化二聚(ECD)之間的反應途徑。本文制備并充分表征一系列具有不同結構相分布(1T和2H)的碳負載MoS2電極。電極顯示出良好的催化穩定性,并成功地將超過98%的FFL轉化為目標產物。在優化條件下,富1T的MoS2電極在生產ECH產物糠醇方面具有高選擇性,比ECD產物氫呋喃的選擇性高94.4%,而富2H的MoS2電極對生成ECD產物糠醇的選擇性高達42.7%。
ACS Catalysis:MoS2相變控制電催化糠醛加氫或者二聚選擇性
DFT計算MoS2相變對選擇性的影響。首先計算FFL、中間物種(FFL-H和H)以及產物(FFA)在不同類型表面(包括1T和2HMoS2基面和邊緣)上的吸附能。結果表明,對于1T和2H表面,邊緣上的糠基中間體化學吸附(-27.29和-38.77kcalmol-1)比在基面上(-16.53和-25.28kcalmol-1)更穩定然而,對于所有其他情況,E(ads)值幾乎沒有偏差(例如,*FFL在1T-MoS2上吸附能為-8.71和-7.58kcalmol-1,在2H-MoS2的值為-7.78和-8.24kcalmol-1)。相似的E(ads)值表明分子同樣可能吸附在邊緣或基面上。因此,選擇邊緣位點來計算反應能壘。
FFL到FFA的轉化主要是放熱過程。唯一的吸熱步驟是*FFA從MoS2表面解吸,表明它可能是ECH反應的限速步驟。自由FFL吸附在1T-MoS2和2H-MoS2表面釋放的能量相似,表明FFL的吸附可能發生在1T和2H表面。然而,2H-MoS2表面*FFL向*FFL-H釋放的能量大于1T表面,結果表明1T和2H表面都能夠吸附有機物并形成糠基自由基中間體。然而,模擬表明2H對吸附過程更有利。這種差異是由于糠基中間體化學吸附(1T和2H表面上吸附能分別為-27.29和-38.77kcalmol-1)物種的更強的結合強度造成的這表明*FFL-H在2H表面上比在1T表面上具有更高的吸附機會,這可能導致在2H表面上覆蓋的*FFL-H濃度更高。因此,與1T表面相比,*FFL-H物種更容易在2H表面相互作用,促進HDF的形成。
ACS Catalysis:MoS2相變控制電催化糠醛加氫或者二聚選擇性
進一步計算2FFL、2FFL-H、HDF和2FFA的吸附能。結果表明1T和2H表面都可能有利于形成HDF。然而,除了*HDF之外,*2FFA的形成在1T和2H表面上都比HDF在能量上更有利。然而,隨后兩種FFA的解吸也是吸熱過程,類似于HDF。模擬表明FFA的形成是可行的,并且與HDF相比,FFA的形成應該更有利。
Shuquan Huang, Bo Gong et al. The Structural Phase E?ect of MoS2 in Controlling the Reaction Selectivity between Electrocatalytic Hydrogenation and Dimerization of Furfural. ACS Catal. 2022, 12, 11340?11354
https://doi.org/10.1021/acscatal.2c02137

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