与传统热催化方法相比，电催化生物质氢化提供了一种更可持续、更高效的方法，可将可再生生物质转化为有价值的化学品。催化剂在这些过程中起着关键作用，直接影响所需产物的反应速率和选择性。
据报道，用于5-羟甲基糠醛(5-HMF)电还原(HMFRR)的大多数催化剂都基于贵金属，如AgCu和Ru1Cu，这些金属既昂贵又稀有，限制了其大规模应用。因此，开发基于非贵金属的低成本、高性能催化剂至关重要。在替代方案中，Fe基催化剂因其丰富性、低毒性、可回收性、经济实惠和强还原能力而成为一个有前景的选择。
然而，这些催化剂通常长期耐用性和动力学稳定性较差，主要是由于它们易于浸出和氧化。这些局限性限制了它们的广泛应用，突显了平衡催化活性和长期稳定性的关键挑战，特别是在生物质加氢反应特有的苛刻条件下。
近日，中国科学技术大学俞汉青和陈洁洁等以泡沫Fe作为载体，通过直接的热处理方法，成功制备出FeOx/Fe-IF电极。结构表征证实了FeOx/Fe-IF表面原位形成混合氧化物种，这在平衡催化剂的活性和稳定性方面起着关键作用。
值得注意的是，FeOx/Fe-IF电极表现出对HMFRR的高电化学活性，在连续10个循环反应中保持了较高的催化持久性。对照实验确定Fe3O4是5-HMF电还原的主要活性位点；而原位拉曼光谱学显示，在负电位下，Fe2O3优先还原，从而稳定了Fe3O4，从而提高了电极的耐久性。
电化学测量结合H/D KIE研究表明，5-HMF在FeOx/Fe-IF电极上的加氢是通过电化学加氢(ECH)机制进行的，其中*H作为关键活性物种。此外，FeOx/Fe-IF电极显示出广泛的操作pH范围(pH=7-14)和对各种生物质衍生醛的稳定催化活性。当整合到流动池中时，FeOx/Fe-IF电极使DHMF能够连续生产，突出了其多功能性和在实际应用中的潜力。
总的来说，这项工作不仅为设计和合成稳定高效的Fe基电催化剂用于有机电化学转化铺平了道路，还为绿色电合成方法提供了宝贵的见解，适用于实验室和工业规模的应用。
Balancing the activity and stability of iron-based catalysts via mixed oxide species formation for electrocatalytic biomass hydrogenation. Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202504594
俞汉青，1994年在同济大学环境工程学院获博士学位后，先后在国外三所大学从事研究工作，现为中国科大化学系教授，博士生导师、国家自然科学基金委员会杰出青年基金、教育部长江学者特聘教授。长期开展水污染控制的基础研究、技术研发和实际应用工作，成果获国家自然科学二等奖1项，省部级科技/自然科学一等奖5项。以通讯/第一作者发表SCI论文400多篇，包括Nature (1篇)、Nature子刊(4篇)，SCI他引超过1万次，H因子69。研究工作在国际环境界产生重要影响。培养研究生1人获2007年国际环境科学与工程教授协会优秀博士论文，5人获全国百篇优秀博士论文/优秀博士论文提名。研发了多项废水处理新技术和新工艺，获授权发明专利30多项，解决了一批废水处理技术难题，并获得实际应用，为国家水环境保护和污染减排作出了实际贡献。
陈洁洁，国家基金委优青基金获得者。2014年于中国科学技术大学获得环境工程专业博士学位，并继续从事博士后研究工作，2015-2016 年赴美国加州大学-伯克利分校学习交流。主要从事污染物的生物与化学转化研究工作，在污染物转化中的界面电子转移机制解析、调控方法、系统构建等方面进行了研究。以第一/通讯作者在Nature Water、Nature Communications、PNAS、Advanced Materials、Environmental Science & Technology、Water Research等期刊上发表论文40余篇，获2023年美国化学会Morgan早期职业成就奖等奖项。