Fotoelektrokatalytische Oxidation von Polyolen zu Ameisensäure bei hoher Photostromdichte durch eine Multihydroxyl-Bindungsstrategie

Die fotoelektrokatalytische (PEC) Oxidation von aus Biomasse gewonnenen Polyolen zu wertvollen C1-Verbindungen, z.B. Ameisensäure (FA), bietet einen praktikablen Weg zur effizienten Nutzung von Abfallbiomasse. Die praktische Umsetzung wird jedoch durch eine niedrige Photostromdichte und komplizierte Nebenreaktionen erheblich eingeschränkt. In dieser Arbeit haben wir eine Multihydroxyl-Bindungsstrategie aufgezeichnet, um die PEC-Oxidation von Polyolen (C3-C6) unter milden Bedingungen zur Produktion von FA zu fördern. Als typisches Beispiel wurde Glycerin (GLY) erfolgreich zu FA über einer boratmodifizierten BiVO4-Photoanode oxidiert, wobei eine hohe Photostromdichte von 5,64 mA cm-2 erreicht wurde. Außerdem wurde eine FA-Produktionsrate von 610 mmol m-2 h-1 und eine Selektivität von 85,1% erzielt. Experimentelle und spektroskopische Charakterisierungen zeigten, dass B(OH)4- primäre Hydroxile chelatiert, während BiVO4 sekundäre Hydroxile von GLY adsorbiert und die selektive Oxidation zu FA fördert. Als Demonstration des Konzepts fertigten wir ein solarbetriebenes Tandemgerät zur Oxidation von Polyol-Abfallflüssigkeiten gekoppelt mit H2-Entwicklung an, das FA mit hoher Produktivität (2,52 mmol) und H2-Produktivität (0,24 mL) nach einer Reaktion von 12 Stunden erzeugte.