通过一氧化碳（CO）与5-羟甲基呋喃（HMF）的配对电解实现经济型低碳化学品生产

《Advanced Materials》：Economic Low-Carbon Chemical Production via Paired Electrolysis of Carbon Monoxide (CO) and 5-hydroxymethylfurfural (HMF)

　　

摘要

二氧化碳（CO₂）与生物质衍生的醇类（如5-羟基甲基呋喃（HMF）和甘油）的配对电解是一种可持续的生产有价值化学品的方法，但存在阴极和阳极之间的兼容性差以及经济可行性有限的问题。本文研究表明，用一氧化碳（CO）替代CO₂并采用带有阴极层的电解槽设计，可以共同提高醇类配对电解的运行稳定性，通过防止HCO₃^?的形成并抑制电极间的质量交换来实现。在该平台上，与甘油氧化相比，HMF氧化被确定为更优的阳极反应物，因为其产物交叉现象几乎可以忽略不计，且其中间体的氧化动力学明显快于氧气释放反应。因此，在带有阴极层的膜电极组装电解槽中，CO与HMF的配对电解能够高效稳定地共同生产乙烯和2,5-呋喃二羧酸（FDCA），这两种化合物分别是从CO₂和生物质中提取的关键塑料单体。技术经济和环境评估表明，CO-HMF组合的表现优于所有测试过的CO₂或CO-HMF或甘油组合，并且其生产成本和碳排放接近于石油衍生的对苯二甲酸。这些结果证明，CO电解结合HMF氧化是一种具有成本效益且符合环保要求的可持续化学品生产策略。

利益冲突

所有作者均无需要披露的利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中找到。