近日，中國科學(xué)院上海高等研究院陳新慶研究員團(tuán)隊在溫和條件下有機(jī)液體儲氫方面取得進(jìn)展，在Applied Catalysis B: Environmental上連續(xù)發(fā)表了兩篇題為“Single Rh1Co catalyst enabling reversible hydrogenation and dehydrogenation of N-ethylcarbazole for hydrogen storage” (DOI：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122453) 和“A highly active Pd clusters hosted by magnesium hydroxide nanosheets promoting hydrogen storage” (DOI：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122793) 的研究論文。
氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，發(fā)展氫能對構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系、實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，具有重要意義。然而，氫氣的安全高效儲存和運輸極大地限制了氫能的發(fā)展。目前傳統(tǒng)的加氫催化劑存在貴金屬用量高、反應(yīng)溫度高等缺點，不利于有機(jī)液體儲氫在實際中的應(yīng)用。因此，探索溫和條件下低成本的高效催化劑是一個亟待解決的問題。
針對此問題，該團(tuán)隊分別報道了一種Rh單原子與Co納米顆粒（NP）結(jié)合的Rh1Co催化劑，同時促進(jìn)了NEC（N-乙基咔唑）加氫和12 H-NEC的脫氫，并實現(xiàn)了可逆氫吸收和釋放的多個循環(huán)（圖1）。而且，該催化劑可在90℃的相對溫和條件下將NEC完全加氫。另外開發(fā)了一種二維-氫氧化鎂納米片負(fù)載 Pd催化劑，在金屬負(fù)載量僅為 0.5 wt%的情況下，12H-NEC 的轉(zhuǎn)化率達(dá) 100%，脫氫量達(dá) 5.72 wt%（圖2），近乎達(dá)到了其理論儲氫值。
圖1 雙金屬Rh1Co催化劑同時促進(jìn)NEC加氫和12 H-NEC脫氫反應(yīng)路徑示意圖
圖2 二維-氫氧化鎂納米片負(fù)載 Pd催化劑用于N-乙基咔唑（NEC）脫氫反應(yīng)
近年來該研究團(tuán)隊聚焦于有機(jī)液體儲氫領(lǐng)域催化劑的工作：通過負(fù)載在*BEA分子篩上的Ru單原子催化劑用于LOHCs（主要為NEC）上的儲氫（Applied Catalysis B: Environmental, 2022,319, 121958）。與常規(guī)Ru/Al2O3催化劑相比，原子分散的Ru位點和*BEA分子篩上相鄰酸位點協(xié)同活化氫，通過氫溢流作用，可在較低溫度下實現(xiàn)NEC的氫化；制備了雙金屬Pd-Rh催化劑，利用雙金屬納米粒子的協(xié)同效應(yīng)，同時增強(qiáng)了NEC的加氫和12-NEC的脫氫性能（Chemical Engineering Journal, 2021, 421，127781）；針對Rh貴金屬含量高的問題，制備了0.1%Rh-Ni雙金屬催化劑用于NEC的加氫，大大降低了催化劑的制備成本（ACS Sustainable Chem. Eng. 2021, 5260-5267）。此次的研究在前序基礎(chǔ)上使得有機(jī)液體儲氫反應(yīng)條件更溫和化。
本研究工作為負(fù)載型金屬催化劑在溫和條件下催化有機(jī)液體儲氫方面提供了一種有效策略。論文的第一作者是我院博士研究生葛麗霞， X-射線吸收表征通過與我院上海光源李炯研究員在BL11B線站開展in-house研究完成。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金和國家重點研發(fā)計劃的資助。
