将生物质转化为有价值化学品是减少对化石燃料资源依赖的一项有前途的战略。葡萄糖是最丰富的生物质基化合物之一，可以转化为各种商品化学品，如5-羟甲基糠醛、山梨糖醇、葡萄糖酸（GNA）和葡萄糖二酸（GRA）。GRA被认为是由生物质生产的“高附加值化合物”，其衍生物也可用于医疗保健。2016年全球GRA市场规模约为5.504亿美元，预计到2025年将达到13亿美元。GRA目前通过化学氧化或微生物发酵生产，而前者是GRA生产的主要工业过程。然而，葡萄糖到GRA的常规催化氧化具有需要大量有毒氧化剂、选择性低、产生副产物和需要高压O2等缺点。


相反，电化学氧化可以在温和的条件下操作，反应中的电子转移可以避免高压O2或危险氧化剂的使用，并且通过调节电极电位可以容易地抑制其他副产物的产生，提高GRA选择性。在葡萄糖电解过程中，阴极发生析氢反应（HER）产生氢气，阳极发生葡萄糖氧化生成GRA。常规的贵金属（例如，Pt、Ru、Rh和Pd）催化剂由于稀缺性和高成本促使研究人员寻求丰富和廉价的替代催化剂，以低成本的方式生产高产率的GRA一直是一个挑战。


策略及物相表征


本研究使用NiFe-LDH纳米片阵列作为前体材料合成NiFe氧化物（NiFeOx）和NiFe氮化物（NiFeNx），使用开放纤维结构的镍泡沫（NF）来赋予电极的3D结构并为NiFe(OH)x提供Ni源，前躯体在空气和NH3中加热分别生成NiFeOx和NiFeNx。XRD结果（图1b）表明NiFeOx的主相为NiFe2O4，NiFeNx的主要产物为Ni3FeN。XPS结果（图1c，d）表明NiFeOx中的Fe处于其三价氧化态（Fe3+），NiFeNx存在Fe-O和Fe-N物质，Ni的化学状态在空气中的热处理期间未改变。与NiFe(OH)x前躯体相比，NiFeOx的Fe2+均转化为Fe3+，而NiFeNx中Ni和Fe的氧化态均降低到较低价态。

Fig.1.Synthesis and structure characterization of the catalysts.

Fig.2.Morphology and elemental compositions of the electrocatalysts.


SEM测试表明合成的氢氧化物由覆盖整个基底的NF上垂直排列的纳米片组成，在空气中煅烧后，所得NiFeOx保留氢氧化物前体的纳米片形态（图2a、b）。然而，在NH3中热处理之后，所产生的NiFeNx材料不保持氢氧化物前体的形态，而是由具有微孔和中孔的不规则形状的互连颗粒组成（图2d，e），O元素的存在可能是由于NiFe（OH）x的不完全氮化。