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工業電流レベルでのバイオマス高付加価値化と統合水素製造に向けたコバルトオキシ水酸化物における協調的プロトン電子移動の解明

Unlocking Concerted Proton‐Electron Transfer in Cobalt Oxyhydroxide for Industrial‐Current Biomass Upgrading and Integrated Hydrogen Production (原題)

Jianyun Gan, Yunyi Yang, Wu Yang, Linxin Zhong, Yunpeng Liu, Zhongxin Chen, K. Ocakoğlu, E. Iwuoha, Bin Liu, Xinwen Peng

Advanced Energy Materials📚 査読済 / ジャーナル2026-07-08#水素対象セクター: chemicals
DOI: 10.1002/aenm.71253
原典: https://doi.org/10.1002/aenm.71253

🤖 gxceed AI 要約

日本語

コバルトオキシ水酸化物(CoOOH)触媒によるグルコース酸化反応(GOR)の機構を解明。格子酸素機構から協調的プロトン電子移動への切り替えにより、酸素発生を抑制し、1.23 Vで100 mA cm⁻²の高電流密度と97.0%のギ酸ファラデー効率を達成。フロー電解槽で水素とギ酸を併産し、300 mA cm⁻²で100時間以上の安定動作を実現。

English

This study resolves the controversy over the mechanism of glucose electrooxidation on cobalt oxyhydroxide (CoOOH) by identifying a concerted proton-electron transfer (CPET) route that suppresses oxygen evolution. The catalyst achieves 100 mA cm⁻² at 1.23 V vs. RHE with 97.0% formate Faradaic efficiency. A flow electrolyzer co-produces formate and hydrogen at 300 mA cm⁻² with high stability for over 100 hours.

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

📝 gxceed 編集解説 — Why this matters

日本のGX文脈において

日本の水素基本戦略やグリーンイノベーションファンドと関連し、再生可能エネルギー由来の水素製造と化学品併産の可能性を示す。ただし、実用化にはさらなるスケールアップと経済性評価が必要。

In the global GX context

This work advances the global hydrogen economy by demonstrating an energy-efficient route for co-producing green hydrogen and value-added chemicals from biomass. It offers a potential pathway to reduce the energy consumption of electrolytic hydrogen production, aligning with net-zero targets.

👥 読者別の含意

🔬研究者:Provides mechanistic insight into CPET-dominated electrooxidation, offering a design principle for non-noble metal catalysts.

🏢実務担当者:Highlights a scalable electrolyzer design for co-producing formate and hydrogen, relevant for chemical and energy industries.

📄 抄録（日本語訳）

オキシ水酸化コバルト（CoOOH）は、バイオマス電気酸化のための有望な触媒であるが、その反応メカニズムは、高過電圧における酸素発生反応（OER）との競合に関して依然として論争の的となっている。本研究では、OERのための格子酸素メカニズム（LOM）からグルコース酸化反応（GOR）のための協奏的プロトン–電子移動（CPET）メカニズムへの切り替えを引き起こす鍵となる中間体を特定することにより、この論争を解決する。オペランド分光法と同位体ラベル実験により、電気化学的に生成されたO–Co⁴⁺（O*）–OサイトがCPETを介してグルコースからプロトンを優先的に引き抜き、O─Oカップリングと副次的な酸素発生を効果的に抑制することが明らかになった。このメカニズムにより、CoOOHはRHEに対してわずか1.23 Vで100 mA cm⁻²の高いGOR電流密度を達成し、ギ酸のファラデー効率は97.0%に達する。さらに、GORと水素発生反応を統合した二電極フロー電解槽は、1.70 Vの低いセル電圧で2.7 A（300 mA cm⁻²）の電流を達成し、ギ酸と水素を高いファラデー効率（それぞれ87.5%と98.4%）で併産し、100時間以上にわたって安定した運転を維持する。この研究は、バイオマス電気酸化におけるCPET支配メカニズムを解明するだけでなく、価値ある化学品とグリーン水素の省エネルギー併産のためのスケーラブルな戦略を提案するものである。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

📄 Abstract（原文）

Cobalt oxyhydroxide (CoOOH) is a promising catalyst for biomass electrooxidation, yet its reaction mechanism remains contentious regarding its competition with the oxygen evolution reaction (OER) at high overpotentials. Herein, we resolve this controversy by identifying a key intermediate that triggers a switch from the lattice oxygen mechanism (LOM) for OER to a concerted proton–electron transfer (CPET) mechanism for the glucose oxidation reaction (GOR). Operando spectroscopy and isotope‐labeling experiments reveal that the electrochemically generated O–Co 4+ (O * )–O site preferentially extracts protons from glucose via CPET, which effectively suppresses O─O coupling and parasitic oxygen evolution. This mechanism enables CoOOH to achieve a high GOR current density of 100 mA cm − 2 at only 1.23 V vs. RHE with a formate Faradaic efficiency of 97.0%. Moreover, the two‐electrode flow electrolyzer integrating GOR with hydrogen evolution reaction achieves a current of 2.7 A (300 mA cm −2 ) at a low cell voltage of 1.70 V, co‐producing formate and hydrogen with high Faradaic efficiencies (87.5% and 98.4%, respectively), and maintaining stable operation for over 100 h. This work not only clarifies the CPET‐dominated mechanism in biomass electrooxidation but also proposes a scalable strategy for energy‑saving coproduction of valuable chemicals and green hydrogen.

🔗 Provenance — このレコードを発見したソース

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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。