氢气活化的新模式——路易斯酸-过渡金属亲电双功能催化机理

   我院赵存元教授和材料科学与工程学院柯卓锋副教授关于氢气活化新模式:路易斯酸-过渡金属亲电双功能催化机理的研究成果最近发表在《美国化学会催化》ACS Catal.上(IF=9.3)。该成果为化学资讯平台X-MOL作为亮点推介。

由于对传统化石燃料的依赖,人类社会面临日益严重的能源和环境问题。氢气能源作为一种清洁的替代能源,有望满足人类社会发展对能源和环境的需求。因此,化学家一直致力于寻找有效的催化途径,通过化学键的形式储氢释氢,以实现温和条件下的氢能可再生利用。目前流行的方法是通过模拟自然界氢化酶的活性中心,构建路易斯碱-过渡金属(Lewis base - transition metal, LB-TM)催化剂,利用LB位点的亲核性,进行双功能催化活化氢气。

最近,柯卓锋老师和赵存元老师报道了路易斯酸-过渡金属(Lewis acid – transition metal, LA-TM)亲电双功能催化氢气活化的新模式。不同于传统的LB-TM体系,新型LA-TM催化剂以缺电子路易斯酸为功能位点,可以通过特异的亲电双功能策略活化氢气。(PhDPBPh)-Ni体系为对象,理论研究发现其催化活化氢气的可能机理模式包括:(1) 邻位均裂(cis homolytic)模式,其中LA辅助稳定TM中心的HOMO轨道d电子;(2) 对位均裂(trans homolytic)模式,其中氢分子于LA的对位均裂,LA倾向维持配位相互作用;(3) 协同异裂(synergetic heterolytic)模式,其中LA-TM键协同活化H-H键异裂;(4) 分离异裂(dissociative heterolytic)模式,分离后的LATM中心共同诱导氢分子异裂。这些各具特点的氢气活化机理为金属中心各异,配位结构不同的LA-TM体系催化氢分子转化提供了一个普适性的机理模型,有望为开发新型的路易斯酸-过渡金属储氢制氢催化剂提供新的思路。

 




该工作第一作者为中山大学化学与化学工程学院博士生李胤午,发表于《美国化学会催化》(Li, Yinwu; Hou, Cheng; Jiang, Jingxing; Zhang Zhihan; Zhao, Cunyuan, Page, Alister J.; Ke, Zhuofeng*. General H2 Activation Modes for Lewis Acid–Transition Metal Bifunctional Catalysts. ACS Catal. 2016, 6, 1655–1662)。

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscatal.5b02395

该工作得到国家自然科学基金、广东省自然科学杰出青年基金的资助。

 

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