利用金屬腐蝕技術：銅基電催化劑提升生質能轉換效率

中國科學院寧波材料技術與工程研究所（NIMTE）的研究團隊，在張健教授的帶領下，成功將金屬腐蝕現象轉化為高效生質能升級的利器。他們開發的CoCuMW/CF電極，不僅實現了高轉換率的HMF（5-羥甲基糠醛）至BHMF（2,5-雙(羥甲基)呋喃）的電化學還原，更為生質化學品的生產提供了一種低成本且永續的解決方案。這項突破性的研究成果已發表於《Chem Catalysis》期刊。

傳統上，腐蝕被視為材料劣化與經濟損失的元兇，然而，研究團隊卻從中發現了其潛在的應用價值，尤其是在生質能升級領域。生質能作為地球上最豐富的可再生資源之一，可透過催化轉化為燃料與化學品，替代傳統化石資源，對實現全球碳達峰與碳中和目標具有重要意義。

受到「化腐朽為神奇」的啟發，研究團隊將自發性金屬腐蝕與高效生質能升級相結合。他們利用鈷離子增強腐蝕誘導技術，在銅泡沫上製備了CoCu微線陣列（CoCuMW/CF）。這種電極能夠高效地將HMF電化學還原為BHMF，而BHMF可進一步轉化為環保塑膠、橡膠製品、高價值衍生物以及高品質生質化學品。

研究結果顯示，CoCuMW/CF電極在-0.5 V（相對於可逆氫電極）的電位下，展現出高達95.7%的HMF轉化率與85.4%的BHMF產率，顯示其在中性電解質中對HMF氫化的卓越效能。此外，HMF電催化還原的活化能僅為16.6 ± 2.5 kJ·mol^-1，遠低於熱催化過程。

透過密度泛函理論（DFT）計算，研究團隊發現CoCuMW/CF電極在HMF的初始與後續氫化步驟中，均表現出較低的自由能障礙，這不僅提升了催化效能，也提高了BHMF的選擇性。這項研究不僅挑戰了傳統對腐蝕現象的認知，更為銅基電催化劑在生質能升級中的應用開闢了新的可能性。

這項研究由中國國家自然科學基金、浙江省重點研發計劃以及寧波市科技局等多個單位支援，其成果有望加速HMF電氫化應用的發展，為生質能產業帶來革命性的突破。

參考文獻：Bin Zhu, Jie Yang, Qiuge Wang, Xiao Yu, Shilin Fan, Weiping Xie, Jian Zhang and Chunlin Chen, Corrosion-induced CoCu microwire arrays for efficient electroreduction of 5-hydroxymethylfurfural, Chem Catalysis, 10 February 2025. DOI: 10.1016/j.checat.2024.101259