寧波材料所在電合成柔性生物基二元酸方面取得重要進展
生物基呋喃聚合物因其五元環(huán)結(jié)構(gòu)比六元苯環(huán)結(jié)構(gòu)更小，通常比石油基同類聚合物具有更好的氣體阻隔性能和機械特性。然而，呋喃環(huán)的剛性平面共軛結(jié)構(gòu)限制了下游衍生品的柔韌性和可加工性，從而限制了其應(yīng)用場景。以2,5-呋喃二酸（FDCA）為例，對其呋喃環(huán)進行加氫，生成四氫呋喃二甲酸（THFDCA），可以顯著降低呋喃環(huán)的結(jié)構(gòu)剛性，并產(chǎn)生兩個手性碳原子，在特種高分子、功能膜、涂料、手性藥物等領(lǐng)域具有潛在重要應(yīng)用。然而，F(xiàn)DCA加氫合成THFDCA難度大（圖1b，route1），依賴貴金屬催化劑，同時反應(yīng)溫度和壓力要求高，亟需探索更加溫和高效的合成方法。
中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所非金屬催化與生物基單體智造團隊長期從事呋喃生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，五年前聯(lián)合浙江糖能科技有限公司共同完成全球首例5-羥甲基糠醛（HMF）加氫制取四氫呋喃二甲醇（THFDM）的百噸級生產(chǎn)示范。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了THFDCA的高效合成。
近期，該團隊首次報道了采用電催化策略從THFDM高效合成THFDCA。通過控制熱解類金屬有機框架（MOF）前驅(qū)體在鎳泡沫上構(gòu)建了鎳鈷雙金屬氧化物微米片（NiCoMS/NF），在100 mM底物濃度下實現(xiàn)了95.2%的THFDCA產(chǎn)率，并采用原位拉曼光譜和旋轉(zhuǎn)圓盤電極（RRDE）技術(shù)探討了反應(yīng)機理和析氧反應(yīng)（OER）競爭機制。這種基于簡單催化劑制備和高效氧化技術(shù)的THFDCA合成策略，有望成為電合成領(lǐng)域的新熱點，并肇啟在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用探索。
相關(guān)成果以“Large-diameter hexagonal NiCo bimetallic oxides micron sheets for synergistic electro-synthesis of THFDCA”為題發(fā)表于Journal of Energy Chemistry(10.1016/j.jechem.2025.09.021)上。寧波材料所王秋舸、余瀟、盛浩云為共同第一作者，張建研究員和諶春林研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、寧波材料所所長基金等項目支持。
圖1 THFDCA的應(yīng)用領(lǐng)域與合成路線
（高分子與復(fù)合材料實驗室）