信息来源：中国人民大学化学与生命资源学院 发布时间：2025年09月26日  

中国人民大学化学与生命资源学院牟天成教授团队与北京林业大学林木资源高效生产全国重点实验室的研究人员合作，开展了一项关于新型电催化过程的研究。该研究将生物质衍生化学品转化为可持续材料，提出了一种环保的替代方案，以减少对化石燃料的依赖。研究的重点是改进5-羟甲基糠醛（HMF）的电化学氧化过程，并将其高效转化为2,5-呋喃二甲酸（FDCA），这一化合物是生物基塑料的重要原料。

与传统FDCA生产方法需要高温高压、巨大的能耗不同，电催化反应通过电能驱动化学反应，提供了一种绿色替代方案，能够在温和的条件下完成转化。基于前期研究（Energy & Environmental Science 2024 17, 1603-1611；Energy & Environmental Science 2024 17, 8801-8809）的成果，研究团队设计了一种掺锰镍氢氧化物催化剂，显著提高了反应效率。该创新策略通过精确调控催化剂的电子结构，提升了催化剂与反应分子之间的相互作用能力，进而加速反应过程并提高产率。

共同通讯作者牟天成教授表示，这项研究的核心在于催化剂内部电子轨道的精确操控。通过引入锰元素，研究团队成功调节了催化剂与反应分子之间的相互作用，从而加速了反应并提升了产率。新型Mn-Ni(OH)₂催化剂在仅1.42 V的低电压下，便能实现高达1.2 A cm⁻²的电流密度，并且该过程能够高效且稳定地运行超过300小时，持续生产FDCA。即便在长期使用后，催化剂依然保持稳定性，进一步增强了其在工业应用中的潜力。

这项研究为将生物质转化为高价值化学品提供了一条可持续路径，显著降低了过程的能源消耗。技术和经济分析表明，该过程的总FDCA生产成本为每吨2135.7美元。通过提高电解液回收率和开发高浓度的HMFOR系统，该工艺在生产成本上具有更强的竞争力。研究团队还指出，该催化剂不仅适用于生物质衍生的糠醛转化，也可扩展到其他有机转化过程。其应用前景不仅限于生物塑料，未来可广泛应用于制药等多个行业。研究成果已发表于Angew. Chem. Int. Ed. 期刊，DOI:10.1002/anie.202511868。