近日，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院陳新慶研究員團(tuán)隊(duì)在溫和條件下有機(jī)液體儲(chǔ)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(lái)源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，發(fā)展氫能對(duì)構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系、實(shí)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(chǔ)存和運(yùn)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(diǎn)，不利于有機(jī)液體儲(chǔ)氫在實(shí)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(gè)亟待解決的問(wèn)題。
針對(duì)此問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)分別報(bào)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(shí)促進(jìn)了NEC（N-乙基咔唑）加氫和12 H-NEC的脫氫，并實(shí)現(xiàn)了可逆氫吸收和釋放的多個(gè)循環(huán)（圖1）。而且，該催化劑可在90℃的相對(duì)溫和條件下將NEC完全加氫。另外開(kāi)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?jī)H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(chǔ)氫值。
圖1 雙金屬Rh1Co催化劑同時(shí)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(lái)該研究團(tuán)隊(duì)聚焦于有機(jī)液體儲(chǔ)氫領(lǐng)域催化劑的工作：通過(guò)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(chǔ)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(diǎn)和*BEA分子篩上相鄰酸位點(diǎn)協(xié)同活化氫，通過(guò)氫溢流作用，可在較低溫度下實(shí)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(shí)增強(qiáng)了NEC的加氫和12-NEC的脫氫性能（Chemical Engineering Journal, 2021, 421，127781）；針對(duì)Rh貴金屬含量高的問(wèn)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(chǔ)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(chǔ)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(guò)與我院上海光源李炯研究員在BL11B線站開(kāi)展in-house研究完成。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。
