近年來，電化學氫化與氫解反應(electrochemical hydrogenation and hydrogenolysis, ECH)的研究正在迅速蓬勃發展中。相較於傳統熱催化方式，可直接使用可再生電力的ECH提供了綠色催化反應新的契機。糠醛(furfural, FF)為一重要的生物質平台化學品，可以選擇性生成糠醇(furfuryl alcohol, FA)與 2-甲基呋喃(2-mehtylfuran, MF)。銅箔為目前文獻中廣泛應用於FF ECH的電極觸媒。然而，質子與FF擴散至銅箔電極觸媒表面的效率不佳，導致催化活性和選擇性受到影響。為了解決此問題，本研究提出了一種簡單且有效的策略─我們透過 MOF-808 (Zr基金屬有機框架)的表面修飾來提升銅箔的催化表現。
MOF-808具有豐富的–OH/OH2官能基，這些官能基可以作為質子供體或受體，為銅箔電極的近表面區域提供更高的質子濃度，而有助於FF進行還原反應。此外，MOF-808上的不飽和配位Zr 位點則可以作為路易斯酸中心，吸引 FF分子上的羰基，促進 FF 從電解液向銅箔電極的表面質傳，進而提升反應速率與選擇性。我們的研究結果顯示，MOF-808 修飾不僅能有效改善 FF 在銅箔電極上的反應量，還能顯著抑制競爭反應如氫氣析出反應及FF自身偶合反應，從而提升FA和MF生產的法拉第效率。
本研究為提升銅箔電極的FF ECH效果提供了一種新穎的策略，透過MOF-808的修飾層來調控銅箔電極的近表面環境，從而提升質子與FF的質傳效率。此方法預期不僅適用於 FF ECH，也為其他電催化程序(如CO2還原、選擇性加氫等)提供新穎的觸媒研究設計方向。（化工系游文岳教授提供）
圖一、銅箔與MOF-808修飾銅箔的FF ECH反應概念圖。
圖二、在含有FF的近中性醋酸鹽緩衝溶液中，不同施加電位(vs. RHE)下銅箔與MOF-808修飾銅箔上產物的生成速率(左)及法拉第效率(右)。