5-羟甲基糠醛(HMF)是生物质转化的关键中间体，可以通过生物质衍生的淀粉、葡萄糖、蔗糖和果糖等碳水化合物的脱水获得。HMF可升级为多种高附加值化学品，在工业生产中具有重要地位。通过非均相电催化HMF加氢提供了多重优势，因为水可以在环境条件下直接用作供氢体。
事实上，在非酸性介质中电催化HMF加氢(ECH)涉及多步反应，需要在催化剂表面解离H2O来生成H*中间体。HMF向2,5-二羟甲基糠醛(BHMF)电化学转化的基本挑战是在较低过电位下会形成不需要的5,5-二(羟甲基)氢呋喃(BHH)二聚体，以及在较高过电位下竞争性析氢反应(HER)。Ag和Cu电极能够实现对BHMF的高选择性(> 85%)，但是这些电极仍然含有贵金属，因此在实际应用中需要设计以非贵金属为基础的理想催化剂。近日，北京化工大学孙晓明、王枫梅和清华大学段昊泓等提出了一种空间局限化学气相转化(SCCVC)策略来合成CdPS3 NS电催化剂，该电催化剂能够选择性电催化HMF加氢制备BHMF。原位和非原位结构表征表明，当施加高于HMF还原的阴极电位时，CdPS3电极可在0.1 M PBS电解质中发生表面转变，而在0.1 M BBS电解质中，材料结构没有明显变化。而CdPS3催化剂经过表面重构后形成了CdPS3/CdS异质结构，形成的CdPS3/CdS异质界面在−0.7 VRHE下显示出高FE和BHMF产率，分别为91.3±2.3%和4.96±0.16 mg h−1。理论计算表明，原位生成的CdPS3/CdS异质结构能够使HMF*和H*分别在Cd和S活性中心得到最佳吸附，并且通过LH反应机理使每个步骤的能垒最小化，从而促进加氢步骤。此外，将CdPS3阴极上的HMF加氢反应与MnCo2O4.5阳极上的甘油氧化反应耦合，可以在1.9 V的电池电压下以高选择性(> 65%)同时产生高价值的BHMF和甲酸盐化合物。总的来说，该项研究提供了对结构-活性关系的基本理解，有助于合理设计新型富含P和S的能量转换催化剂。Deciphering in-situ surface reconstruction in two-dimensional CdPS3 nanosheets for efficient biomass hydrogenation. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-49510-8
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