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生物質衍生的 5-羥甲基糠醛（5-hydroxymethylfurfural, HMF）的電化學還原代表了一種避免使用化石燃料和氫氣的可持續增值化學品生產的優雅途徑。然而，電極（Cu、Bi、Pb）的高電壓和低活性阻礙了反應效率。基于此，清華大學段昊泓副教授等人報道了一種在Cu納米線（Cu NWs）上具有孤立的Ru原子的Ru₁Cu單原子合金（Ru₁Cu SAA）催化劑。

在文中，作者展示的Ru₁Cu SAA催化劑在較低的電位下表現出高效的HMF轉化為DHMF，并具有增強的活性和法拉第效率（FE）。在-0.3 V vs. RHE時，Ru₁Cu SAA對DHMF的FE為85.6%，且產率為0.47 mmol·cm^-2·h^-1，遠遠超過Cu對應物（產率為0.08 mmol·cm^-2·h^-1，FE為71.3%）。值得注意的是，Ru₁Cu在高HMF濃度（100 mM）測試中保留了87.5%的FE，優于大多數以前的報告。

通過結合操作電化學阻抗譜（EIS）和其他電化學技術進行的動力學研究表明，Ru₁Cu和Cu存在不同的機制。單原子Ru在促進水解離中起著關鍵作用，因此增加了H*的表面覆蓋率，這反過來又減少了HMF的羰基，通過ECH機制提供了DHMF。該發現提供了一種有前景的ECH催化劑設計策略，通過在合金中設計單原子位點來增強H*的形成以實現生物質升級。

Electrocatalytic Hydrogenation of 5-Hydroxymethylfurfural Promoted by a Ru₁Cu Single-Atom Alloy Catalyst. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202209849.

https://doi.org/10.1002/anie.202209849.

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清華大學Angew：Ru1Cu SAA催化劑促進5-羥甲基糠醛電催化加氫

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