单原子Co-N-C催化剂实现低温常压下自由基接力驱动的HMF高效氧化

来自国内的研究人员针对生物质精炼中5-羟甲基糠醛(HMF)氧化反应条件苛刻、动力学不足的难题，创新性提出"单原子位点催化自由基接力"策略。采用以CoN3为活性中心的Co-N-C催化剂，在80℃常压氧条件下结合TBHP引发剂，实现95%的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)产率和29.9 mmol·gmetal-1·h-1的生产效率，较无引发剂体系提升2.1倍。该研究为生物质转化提供了温和环保的新型催化体系。

　　

这项突破性研究揭示了单原子催化剂在生物质转化领域的独特优势。科研团队巧妙设计了一种具有CoN₃活性位点的钴-氮-碳(Co-N-C)催化剂，就像分子级别的精密"接力站"，在温和的80℃和常压氧气条件下，通过叔丁基过氧化氢(TBHP)引发自由基链式反应。这种"自由基接力"机制显著降低了分子氧的活化能垒，高效产生超氧自由基，使5-羟甲基糠醛(HMF)像被精准传递的接力棒一样，逐步氧化为高附加值的2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。

实验数据显示，这种催化体系不仅获得惊人的95%FDCA产率，其29.9 mmol·g_metal^-1·h^-1的生产效率更是传统方法的2.1倍。更令人振奋的是，这个"分子接力赛"策略对多种醛类化合物都展现出优异的普适性，为绿色化学合成打开了新思路。该研究犹如在生物质精炼领域点亮了一盏明灯，证明无需高压高温的苛刻条件，通过精准调控单原子活性位点和自由基反应路径，就能实现高效可持续的催化转化。