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有鑒于此，大連理工大學陶勝洋教授團隊報道通過構建異質結電催化劑、富氧缺陷電催化劑進行呋喃二甲酸的電化學合成，通過數字設計加工了連續流動電化學反應器，這加快了本體溶液到電極表面的傳質速率，增大了電極表面積的利用效率，削弱了反應中的擴散效應，減小體系濃差極化。工作分別發表在催化和化工領域的國際權威期刊Appl. Catal. B.和Chem. Eng. J。

CoOOH納米片中的（100）晶面與CoP中的（211）晶面相互生長構成異質結。CoP-CoOOH表現出較小的HMF氧化起始電壓和析氫反應電壓。這得益于在異質界面處空穴在CoOOH一側積累有利于氧化反應的發生，而電子在CoP一側積累有利于還原反應的進行。

電催化劑耦合反應器的運行對FDCA的實際工業生產至關重要。連續流電化學反應器可以加速溶液在電極表面的擴散速度，進而減小電極表面的濃差極化作用。因此，通過計算機設計和3D打印技術制作連續流反應器，并與CoP-CoOOH異質結催化劑組裝。實驗結果表明，連續流反應器中HMF轉化率、產物選擇性和法拉第效率分別可達到99.9%、99.4%和98.2%。此外，經過10次連續循環氧化HMF后，組裝的連續流反應器仍然表現出較好的氧化活性，證實了該反應器具有良好的催化反應穩定性。（Appl. Catal. B., 2022, 315, 121588）

圖1.（a）HMF對CoP-CoOOH的氧化路徑和動力學常數。（b）HMF氧化反應的色譜圖和（c）濃度變化曲線。（d）HMF轉化率、FDCA選擇性和CoP-CoOOH、CoP和CoOOH的法拉第效率。（e）流動反應器的3D打印部件裝配圖像。（f）流動反應器中的HMF轉化率、FDCA選擇性和法拉第效率。（g）流動反應器中HMF的十個連續氧化循環中的轉化率、選擇性和法拉第效率。

紫外激光具有脈沖寬度窄、波長短、速度快、輸出能量大、峰值功率高等優點，在材料中產生氧空位（V_o）方面顯示出巨大潛力。基于此，該團隊通過激光燒蝕策略構建了富氧空位納米氧化鎳（V_o-NiO）催化劑，以使HMF有效氧化為FDCA。與連續流電化學反應器組合，從而增強了電極表面與本體溶液的擴散速率，減小了電極表面的濃差極化作用。

通過控制紫外激光電流制備不同氧空位濃度的NiO納米粒子聚集體，并通過XPS、XAFS、EPR和TGA等測試手段測定了氧空位濃度，V_o-NiO表現出較小的HMF氧化起始電壓和析氫反應電壓。氧空位的存在調節了催化劑中原子的電子分布狀態，并且電解液中豐富的?OH可以使催化劑中的Ni發生預氧化，進而在氧化反應過程中更易在催化劑表面形成NiOOH，協同V_o-NiO促進HMF的催化反應。

將V_o-NiO與流動反應器的耦合可以避免HMF氧化過程中的濃差極化效應。流動反應器表現出良好的HMF氧化性能，并且隨著流速的降低而增加。在連續流反應器中V_o-NiO在連續多次電解循環后仍保持良好的性能，具有良好的電催化穩定性（Chem. Eng. J., 2022, 444）。

圖2.（a）V_o-NiO的XRD圖譜。（b）樣品的XPS光譜。（c）樣品的Ni2p，（d）O1s光譜。（e）樣品的XANES Ni K邊、（f）EXAFS光譜。（g）V_o-NiO的Ni K邊小波變換。（h）樣品的EPR光譜。（i）樣品的熱重分析。

圖3. （a）連續流反應器的流動類型。（b）連續流反應器的3D打印組件。（c） 流動反應器不同流速下的HMF轉化率、FDCA選擇性和法拉第效率。（d） 流動反應器在十個連續循環中的HMF氧化反應。

綜上所述，作者利用高效電催化劑結合連續流反應工藝的方法，實現HMF的電催化氧化合成2,5-呋喃二甲酸精細化學品。化學、化工、數字設計和計算方針的綜合運用，為開發先進電化學反應工藝提供了有力支撐，也其他精細化學品的電合成反應提供借鑒和啟發。

參考文獻

[1]Honglei Wang., Yumeng Zhou.,ShengyangTao^*., CoP-CoOOH Heterojunction with Modulating Interfacial Electronic Structure: A Robust Biomass-upgrading Electrocatalyst,Appl. Catal. B., 2022, 315, 121588.

[2]Honglei Wang.,Jiangwei Zhang^*.,ShengyangTao^*., Nickel Oxide Nanoparticles with Oxygen Vacancies for Boosting Biomass-upgrading,Chem. Eng. J., 2022, 444, 136693.

參考資料：http://chemeng.dlut.edu.cn/info/1039/11418.htm