山大AEM：多面体配位测定电化学氧化生物质醇的Co-O活性

地球上储量丰富的过渡金属氧化物是很有前途的生物质醇氧化电催化剂。基于此，山东大学于小雯教授和刘宏教授等人报道了选择CoO和Co₃O₄作为具有代表性的氧化钴催化剂，在碳纤维纸（CFP）电极上生长，揭示了催化剂的电子结构与氧化甘油、二醇和一元醇的催化活性之间的相互作用。对于甘油氧化，CoO/CFP电极只需1.32 V即可达到10 mA cm⁻²，比Co₃O₄/CFP电极的电位低120 mV。CoO/CFP电极还可以从生物质醇的氧化中以高选择性和低能耗生产高附加值产品，如甲酸酯、乙酸酯和乙醇酸酯。

通过DFT计算，作者研究了CoO性能优于Co₃O₄的原因，并揭示了它们的电子结构和催化性能。对于CoO和Co₃O₄，费米能级附近的PDOS主要由Co 3d轨道填充，表明Co位点在催化过程中起主要作用。

Co₃O₄表现出更负的d，说明它的吸附强度相对较弱，对比CoO难以有效活化吸附剂。通常，活性位点上的自旋电荷密度越大，活性位点与吸附物之间的电子转移就越快。

作者分别模拟了(200)面CoO和(110)面Co₃O₄对不同醇类的吸附吉布斯自由能（∆G_ads），∆G_ads越负，吸附能力越好。计算结果表明，CoO(200)比Co₃O₄(110)具有更好的吸附活性。此外，各种醇类在CoO(200)表面的初始ΔG_ads均超过-3.00 eV，表明这些醇类可以被有效活化，从而更有利于进一步氧化。

Polyhedral Coordination Determined Co-O Activity for Electrochemical Oxidation of Biomass Alcohols. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.202301572.