在天然木材衍生的多孔碳基底上通过界面工程方法制备NiCo催化剂位点，以实现高效的对电催化反应

《Science China-Materials》：Interface-engineered NiCo sites on natural wood-derived porous carbon substrate for efficient paired electrocatalysis

生物质转化中双功能电催化剂的协同作用与优化机制研究，采用氮掺杂碳化木材支撑的镍钴纳米片构建自支撑电极，在1.7V低电压下实现5-羟甲基糠醛氧化产2,5-呋喃二羧酸和硝基苯还原得苯胺的高效协同转化，达99%和92%的 Faradaic效率。材料 hierarchical 多孔结构促进活性位点分散，氮掺杂增强金属-载体相互作用，DFT计算表明钴掺杂调控镍的电子结构优化吸附能并降低反应势垒。

　　

摘要

开发出能够同时整合生物质衍生平台分子氧化和有机还原的双功能电催化剂，为提高能源效率并生成高价值化学品提供了一种有前景的策略。然而，在集成系统中设计兼具高活性和高稳定性的催化剂仍然是一个重大挑战。本文报道了一种自支撑电极，该电极由氮掺杂的碳化木材（NCW）支撑的NiCo纳米片（NiCo_0.3/NCW）组成，能够在集成电化学电池中实现5-羟甲基糠醛的氧化生成2,5-呋喃二甲酸（FDCA）以及硝基苯的还原生成苯胺。NiCo_0.3/NCW电极在1.7 V的较低电池电压下实现了FDCA和苯胺的生成，阳极法拉第效率约为99%，阴极法拉第效率约为92%。实验表征表明，分级多孔的NCW结构促进了活性位点的分散，而氮掺杂增强了金属与载体的相互作用。原位光谱实验结合密度泛函理论（DFT）计算发现，钴的掺入调节了镍的电子结构，从而优化了底物和中间体的吸附，并降低了能量障碍。这些效应最终提升了这种天然木材衍生催化剂在生物质综合转化和选择性有机电合成中的性能。

开发出能够同时整合生物质衍生平台分子氧化和有机还原的双功能电催化剂，为提高能源效率并生成高价值化学品提供了一种有前景的策略。然而，在集成系统中设计兼具高活性和高稳定性的催化剂仍然是一个重大挑战。本文报道了一种自支撑电极，该电极由氮掺杂的碳化木材（NCW）支撑的NiCo纳米片（NiCo_0.3/NCW）组成，能够在集成电化学电池中实现5-羟甲基糠醛的氧化生成2,5-呋喃二甲酸（FDCA）以及硝基苯的还原生成苯胺。NiCo_0.3/NCW电极在1.7 V的较低电池电压下实现了FDCA和苯胺的生成，阳极法拉第效率约为99%，阴极法拉第效率约为92%。实验表征表明，分级多孔的NCW结构促进了活性位点的分散，而氮掺杂增强了金属与载体的相互作用。原位光谱实验结合密度泛函理论（DFT）计算发现，钴的掺入调节了镍的电子结构，从而优化了底物和中间体的吸附，并降低了能量障碍。这些效应最终提升了这种天然木材衍生催化剂在生物质综合转化和选择性有机电合成中的性能。