隨著全球對可持續(xù)能源解決方案的需求不斷增加，化學燃料作為能源載體的重要性愈加凸顯。在眾多化學燃料中，氫氣因其清潔的特性受到廣泛關注。然而，氫氣的存儲與運輸面臨著諸多挑戰(zhàn)，尤其是在高壓或低溫條件下的存儲問題。因此，尋找更加安全、穩(wěn)定且易于存儲的替代燃料成為當前研究的熱點。甲酸由于其液態(tài)形式、化學穩(wěn)定性、低點燃溫度以及低毒性，成為氫氣的一個有前景的替代能源載體。為了實現(xiàn)甲酸的有效利用，發(fā)展高效的催化劑以促進甲酸氧化反應變得尤為重要。當前，雖然貴金屬催化劑在甲酸氧化中表現(xiàn)出較高的催化活性，（圖1b）但其昂貴的成本和易中毒的問題仍是限制其廣泛應用的主要因素。因此，尋找高效且具備較高選擇性的非貴金屬催化劑成為了一個迫切的研究方向。
圖片來源：ACS Catalysis
本研究探索了一種新型鈷基催化劑，用于高效催化甲酸氧化反應。（圖1c）通過合成一系列基于雙齒膦配體的鈷配合物，研究人員試圖通過改變配體結構來優(yōu)化催化活性。研究團隊合成了三種不同配體結構的鈷配合物，分別為P2N2、PNP和dppp，并通過電化學和熱力學實驗，評估這些鈷配合物在甲酸氧化反應中的表現(xiàn)。通過循環(huán)伏安法（CV）和定電位電解法（CPE），研究人員進一步探討了這些催化劑的電化學行為和催化效率。在熱力學方面，研究人員利用熱力學氫化力（hydricity）指標，評估了配合物的氫轉移能力，從而預測其在甲酸氧化過程中的催化性能。結果表明，具有單一側鏈胺基的鈷配合物展現(xiàn)出優(yōu)于其他配體的催化活性，具有較高的反應速率常數(shù)和較低的過電位。
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圖片來源：ACS Catalysis
此項研究首次報告了基于鈷的同質催化劑在甲酸氧化中的應用，并且展示了通過調整配體結構來提高催化活性的可能性。這不僅為鈷基催化劑在能源轉換中的應用提供了新的思路，還推動了對甲酸氧化反應機制的深入理解。研究表明，配體中的側鏈胺基在催化反應中發(fā)揮了重要作用，通過促進氫轉移來增強催化效率。這一發(fā)現(xiàn)對于未來催化劑的設計具有重要啟示，尤其是在選擇性提高和反應穩(wěn)定性方面。此外，鈷作為一種廉價的過渡金屬，相比貴金屬催化劑，具有更廣泛的應用前景。在環(huán)保和經(jīng)濟性上，鈷基催化劑的優(yōu)勢使其成為未來能源領域中不可忽視的選擇。總體來看，本研究不僅為甲酸氧化反應提供了一種高效的鈷基催化體系，還為其他電催化反應的催化劑設計提供了寶貴的經(jīng)驗，推動了綠色能源技術的發(fā)展。
標題：Electrocatalytic Formate Oxidation by Cobalt–Phosphine Complexes
作者：Sriram Katipamula, Andrew W. Cook, Isabella Niedzwiecki, Chathumini Nadeesha, Ashish Parihar, Thomas J. Emge, and Kate M. Waldie*
鏈接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c03189
