Kinetics of furfural electrochemical hydrogenation and hydrogenolysis in acidic media on copper

文献情報

出版日 2021-08-16
DOI 10.1039/D1RE00216C
インパクトファクター 4.239
著者

Andrew S. May


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要旨

Electrochemical processes can be implemented for the valorization of biomass-derived species such as furfural to generate fine chemicals and fuels. The electrochemical hydrogenation and hydrogenolysis (ECH) of furfural (FF) can produce furfuryl alcohol (FA) and 2-methylfuran (MF) as the major products over Cu catalysts in acidic conditions. The production of these species are in competition and the kinetics of these reactions should be studied so that the product distribution can be better controlled. In this work, the competing kinetics of furfural ECH to furfuryl alcohol and 2-methylfuran were studied on Cu in acidic media by using the applied cathodic potential, temperature, and initial concentration of furfural as probes. An increased temperature of the system was shown to promote the MF production in the range tested (15 °C and 45 °C), however the production of FA was decreased when the temperature was increased from 35 °C to 45 °C, due to significant promotion of side reactions. By varying the concentration of FF used in bulk electrolysis, we saw that the rates of reaction to FA and MF shift from positive order to zero order, suggesting a Langmuir–Hinshelwood or Eley–Rideal mechanism at −0.56 V vs. RHE and 25 °C. An analysis of the reaction mechanisms showed that a non-competitive Langmuir–Hinshelwood mechanism is likely occurring. In addition, we suggest the likely rate limiting steps based on the mechanisms are the first hydrogenation step of FF to C4H3O–CH2O to form FA, and the C–O cleavage of the C4H3O–CHOH intermediate to form MF.

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Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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