郑智平/钟龙华/秦雷ACS Catal.:首次报道!Grubbs催化剂通过水相甲醇重整实现高效制氢

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氢气(H2)是最有前途的绿色和可持续能源载体之一,可通过燃料电池技术将其直接转化为电能。然而,其实际应用受到其低体积能量密度和高爆炸性的阻碍,这增加了存储、运输和处理的成本。液态有机氢载体(LOHC)中的氢化学储存提供了一种替代方案:可以在载体分子发生化学反应时按需产生氢气,该载体分子在一般情况下是稳定的并且易于处理和运输。

基于此,南方科技大学郑智平钟龙华秦雷等首次报道了将Ru(II)-亚烷基配合物应用于催化水相甲醇重整制氢(APMR),这使得Grubbs催化剂成为第一个无需多齿和氮供体配体即可实现这种能力的Ru催化剂。

在已报道的均相贵金属催化剂中,第三代Grubbs催化剂在温和且易于实现的条件下(1 atm,<100 °C)产生了具有竞争力的TOF值(158 h-1)和周转次数(1142472 h)。对照实验表明,在所用反应温度下,由含卡宾物质催化的APMR反应优于催化剂分解。然而,后一种途径在较低温度(例如,室温)下占主导地位,并且催化剂的产H2性能受到很大影响。

此外,研究人员发现相同的第三代Grubbs催化剂在类似条件下也可以催化其他LOHC的脱氢,包括乙醇和甲酸。机理研究和DFT计算揭示了一种不寻常的反应机制,涉及独特的6-m-r(或8-m-r)甲醇辅助复分解途径,而不是常见的金属-配体合作机制。该项工作指出了Grubbs催化剂的新应用,为设计和制备具有能源和环境意义反应的催化剂提供了思路。

New Tricks for an Old Dog: Grubbs Catalysts Enable Efficient Hydrogen Production from Aqueous-Phase Methanol Reforming. ACS Catalysis, 2022. DOI:10.1021/acscatal.1c05369


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