Redox-Switchable Single-Atom Catalyst Enables Efficient Aqueous Hydroxymethylfurfural Oxidation
Identifikátory výsledku
Kód výsledku v IS VaVaI
<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989592%3A15640%2F25%3A73633283" target="_blank" >RIV/61989592:15640/25:73633283 - isvavai.cz</a>
Nalezeny alternativní kódy
RIV/61989100:27640/25:10259337
Výsledek na webu
<a href="https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c06280" target="_blank" >https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.5c06280</a>
DOI - Digital Object Identifier
<a href="http://dx.doi.org/10.1021/acscatal.5c06280" target="_blank" >10.1021/acscatal.5c06280</a>
Alternativní jazyky
Jazyk výsledku
angličtina
Název v původním jazyce
Redox-Switchable Single-Atom Catalyst Enables Efficient Aqueous Hydroxymethylfurfural Oxidation
Popis výsledku v původním jazyce
The selective aerobic oxidation of biomass-derived 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5-diformylfuran (DFF) is a pivotal step toward biobased polymers, pharmaceuticals, and fuels. Yet, most high-performance catalysts require noble metals and organic solvents and lose activity in water. Here, we report a robust and recyclable heterogeneous catalyst comprising mixed-valence single-atom iron dimers anchored on nitrogen-doped graphene acid (Fe-NGA), which mimics the powerful oxidation center in nonheme diiron oxidases. Spectroscopic and theoretical studies reveal a redox-flexible Fe2+/Fe3+ manifold that, under basic aqueous conditions, evolves into a Fe3+-Fe4+ ferryl species capable of highly selective proton-coupled two-electron oxidations. Fe-NGA achieves 97% HMF conversion with 95% DFF selectivity, a turnover frequency of 17.3 h-1, and a specific productivity of 12.5 mmolDFF gcat -1 h-1 in pure water, surpassing state-of-the-art homogeneous and heterogeneous catalysts. The catalyst is stable with very low performance loss for at least six reactions. By merging such functionalities within a stable and reusable heterogeneous framework, Fe-NGA provides a benchmark earth-abundant catalyst for the effective oxidation of renewable feedstocks.
Název v anglickém jazyce
Redox-Switchable Single-Atom Catalyst Enables Efficient Aqueous Hydroxymethylfurfural Oxidation
Popis výsledku anglicky
The selective aerobic oxidation of biomass-derived 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5-diformylfuran (DFF) is a pivotal step toward biobased polymers, pharmaceuticals, and fuels. Yet, most high-performance catalysts require noble metals and organic solvents and lose activity in water. Here, we report a robust and recyclable heterogeneous catalyst comprising mixed-valence single-atom iron dimers anchored on nitrogen-doped graphene acid (Fe-NGA), which mimics the powerful oxidation center in nonheme diiron oxidases. Spectroscopic and theoretical studies reveal a redox-flexible Fe2+/Fe3+ manifold that, under basic aqueous conditions, evolves into a Fe3+-Fe4+ ferryl species capable of highly selective proton-coupled two-electron oxidations. Fe-NGA achieves 97% HMF conversion with 95% DFF selectivity, a turnover frequency of 17.3 h-1, and a specific productivity of 12.5 mmolDFF gcat -1 h-1 in pure water, surpassing state-of-the-art homogeneous and heterogeneous catalysts. The catalyst is stable with very low performance loss for at least six reactions. By merging such functionalities within a stable and reusable heterogeneous framework, Fe-NGA provides a benchmark earth-abundant catalyst for the effective oxidation of renewable feedstocks.
Klasifikace
Druh
J<sub>imp</sub> - Článek v periodiku v databázi Web of Science
CEP obor
—
OECD FORD obor
10403 - Physical chemistry
Návaznosti výsledku
Projekt
Výsledek vznikl pri realizaci vícero projektů. Více informací v záložce Projekty.
Návaznosti
P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)
Ostatní
Rok uplatnění
2025
Kód důvěrnosti údajů
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Údaje specifické pro druh výsledku
Název periodika
ACS Catalysis
ISSN
2155-5435
e-ISSN
—
Svazek periodika
15
Číslo periodika v rámci svazku
24
Stát vydavatele periodika
US - Spojené státy americké
Počet stran výsledku
12
Strana od-do
"20997–21008"
Kód UT WoS článku
001632682000001
EID výsledku v databázi Scopus
2-s2.0-105024490414