5-羟甲基糠醛(HMF)向2,5 – 呋喃二甲酸(FDCA)的转化可以通过各种方法实现，如热催化、光催化、生物催化和电催化。其中，电催化氧化以水作为氧源，可以在温和条件下进行，并通过电位驱动反应动力学选择性地激活HMF，实现HMF的高选择性氧化。通过在电池、电解系统中用HFOR取代动作缓慢的阳极OER可以显著降低环境温度和压力下的电压，从而产生高价值的生物质衍生化学品。
同时，这种反应与阴极HER耦合，实现低能耗产氢。为了实现HMF向FDCA的高效转化，开发一种稳定、高活性的电催化剂至关重要。通常，涉及液态电解质在固体电极上的催化反应是一个多相催化过程，因此HMF在异质催化电极表面的吸附/解吸行为在电催化剂的合理设计中起着关键作用。
近日，北京化工大学任钟旗和杜晨灿等通过可控的水热煅烧策略，成功合成了一种高性能Cu1/8-NiO@NF电催化剂，其中Cu/Ni前驱体比的精确调节实现了最优的电子结构调节。所得催化剂具有由相互关联的纳米颗粒组成的分层组织二维结构，提供了较大的比表面积；同时，通过原子的轨道相互作用促进了HMF的同时吸附和高效的羟基物种迁移。这种独特的结构构型在HMF氧化中实现了显著的电催化性能，在连续40个循环中保持了高于94%的初始效率，操作电位低至1.45 VRHE。
与单金属NiO@NF相比，Cu1/8-NiO@NF的电流密度提高了2.1倍，同时Tafel斜率的降低表明加速了反应动力学，提高了电荷转移效率。结合原位表征技术和理论计算，揭示了Cu掺杂的双重作用：Cu的掺杂不仅加速了NiOOH反应中间体的形成，还增强了电荷转移过程；Cu的局部取代改善了HMF的吸附，降低了反应能垒。
总的来说，该项研究通过调节Cu组分的电子结构来有效提升HMF氧化活性，同时利用Ni的界面工程特性，在双金属效应的协同作用下实现催化活性位点的动态稳定，最终实现高活性和稳定的平衡。
In situ growth of thin-layer nanosheet arrays of Cu-doping NiO for enhanced adsorption and electrooxidation of biomass. Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202505043