上海高研院在有机液体储氢方面取得进展

近日，中国科学院上海高等研究院陈新庆研究员团队在温和条件下有机液体储氢方面取得进展，在Applied Catalysis B: Environmental上连续发表了两篇题为“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) 的研究论文。

图1 双金属Rh1Co催化剂同时促进NEC加氢和12 H-NEC脱氢反应路径示意图

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，发展氢能对构建清洁低碳安全高效的能源体系、实现碳达峰碳中和目标，具有重要意义。然而，氢气的安全高效储存和运输极大地限制了氢能的发展。目前传统的加氢催化剂存在贵金属用量高、反应温度高等缺点，不利于有机液体储氢在实际中的应用。因此，探索温和条件下低成本的高效催化剂是一个亟待解决的问题。 

针对此问题，该团队分别报道了一种Rh单原子与Co纳米颗粒（NP）结合的Rh1Co催化剂，同时促进了NEC（N-乙基咔唑）加氢和12 H-NEC的脱氢，并实现了可逆氢吸收和释放的多个循环（图1）。而且，该催化剂可在90℃的相对温和条件下将NEC完全加氢。另外开发了一种二维-氢氧化镁纳米片负载 Pd催化剂，在金属负载量仅为 0.5 wt%的情况下，12H-NEC 的转化率达 100%，脱氢量达 5.72 wt%（图2），近乎达到了其理论储氢值。

图2. 二维-氢氧化镁纳米片负载 Pd催化剂用于N-乙基咔唑（NEC）脱氢反应

近年来该研究团队聚焦于有机液体储氢领域催化剂的工作：通过负载在*BEA分子筛上的Ru单原子催化剂用于LOHCs（主要为NEC）上的储氢（Applied Catalysis B: Environmental, 2022,319, 121958）。与常规Ru/Al₂O₃催化剂相比，原子分散的Ru位点和*BEA分子筛上相邻酸位点协同活化氢，通过氢溢流作用，可在较低温度下实现NEC的氢化；制备了双金属Pd-Rh催化剂，利用双金属纳米粒子的协同效应，同时增强了NEC的加氢和12-NEC的脱氢性能（Chemical Engineering Journal, 2021, 421，127781）；针对Rh贵金属含量高的问题，制备了0.1%Rh-Ni双金属催化剂用于NEC的加氢，大大降低了催化剂的制备成本（ACS Sustainable Chem. Eng. 2021, 5260-5267）。此次的研究在前序基础上使得有机液体储氢反应条件更温和化。

本研究工作为负载型金属催化剂在温和条件下催化有机液体储氢方面提供了一种有效策略。论文的第一作者是我院博士研究生葛丽霞， X-射线吸收表征通过与我院上海光源李炯研究员在BL11B线站开展in-house研究完成。该研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。