氨硼烷（NH3BH3，AB）的水解涉及多个未定义的步骤和复杂的吸附和活化，单或双中心不足以快速实现多步催化过程。设计多中心催化剂对于提高AB水解反应的催化性能是必要的，但揭示AB水解的匹配反应机理是一个巨大的挑战。在本文中，我们提出构建RuPt-Ti多中心催化剂来阐明AB水解的多中心串联活化机理。实验和理论研究表明，多中心串联模式可以分别促进NH3BH3和H2O分子在Ru和Pt位上的活化，同时促进*H的快速转移和H2在Ti位上的解吸。RuPt-Ti多中心催化剂对AB水解反应表现出最高的周转频率（TOF），为1293 min-1，优于单位点Ru、双中心RuPt和Ru-Ti催化剂。本研究提出了一种加速储氢材料脱氢的多位点串联概念，旨在为开发更清洁、低碳、高性能的制氢系统做出贡献。
图1. RuPt-Ti的制备示意图，以及AB水解的多位点串联活化机理。
图 2. RuPt-Ti 多点形貌。a、b) RuPt-Ti 的 SEM 图像。c) RuPt-Ti 的低倍 TEM 图像和相应的粒度分布。d-f) RuPt-Ti 的高倍 TEM 图像。g) RuPt-Ti 的 Ru 和 Pt 的线轮廓扫描。h) RuPt-Ti 的 AC-HAADF-STEM 图像。i) 相应的 STEM-EDS 元素映射。
图 3. RuPt-Ti 多位点的结构表征。a) C 1s + Ru 3d、b) Pt 4f、c) Ti 2p、d) RuPt-Ti 的 O 1s XPS 光谱。e) Ru 箔、RuO2 和 RuPt-Ti 多位点的 Ru K 边的归一化 XANES 光谱。f) Ru 箔、RuO2 和 RuPt-Ti 多位点在 R 空间中的 Ru K 边 EXAFS 光谱。g) Ru 箔、RuO2 和 RuPt-Ti 多位点的 WT-EXAFS。h) Pt 箔、PtO2 和 RuPt-Ti 多位点的 Pt L3 边的归一化 XANES 光谱。i) Pt 箔、PtO2 和 RuPt-Ti 多位点在 R 空间中的 Pt L3 边 EXAFS 光谱。 j) Pt 箔、PtO2 和 RuPt-Ti 多点的 WT-EXAFS。 k) Ti 箔、TiO2 和 RuPt-Ti 多点的 Ti K 边的归一化 XANES 光谱。 l) Ti 箔、TiO2 和 RuPt-Ti 多点在 R 空间中的 Ti K 边 EXAFS 光谱。 m) Ti 箔、TiO2 和 RuPt-Ti 多点的 WT-EXAFS
图4. RuPt-Ti多位点的AB水解性能。a)不同活性位点结构RuPt-Ti、RuPt、RuTi、Pt-Ti、Ru、Pt和Ti的产氢曲线。b)单位点（Ti、Pt、Ru）、双位点（Pt-Ti、Ru-Ti、RuPt）、多位点（RuPt-Ti）的TOF比较。c)不同多位点结构RuPt-Ti、RuPd-Ti、RuRe-Ti的氢与TOF曲线。d)不同多位点结构RuPt-Ti、RuPd-Ti、RuRe-Ti的Ea。e) TOF与AB浓度的对数图。f) TOF与nRu的对数图。g)耐久性试验的产氢曲线。h) RuPt-Ti的周转数。
图 5.AB 水解的机理研究。 a) NH3BH3在RuPt-Ti多位点的Ru、Pt或Ti上吸附和解离的吉布斯自由能。 b) RuPt-Ti 的 Ru、Pt 或 Ti 位点上 H2O 吸附和解离的吉布斯自由能。 c) RuPt-Ti 的 Ru、Pt、Ti 或 C 位点上 H2O 吸附和解离的吉布斯自由能。 d) NH3BH3 分别在 RuPt-Ti、RuPd-Ti、RuRe-Ti 或 Ru-Ti 多位点的 Ru 位点上吸附和解离的吉布斯自由能。 e)分别在RuPt-Ti、RuPd-Ti、RuRe-Ti或Ru-Ti多位点的Pt、Pd、Re或Ru位点上吸附和解离H2O的吉布斯自由能。 f) NH3BH3 和 H2O 在 RuPt-Ti、RuPd-Ti 或 RuRe-Ti 多位点上解离的活化能 ΔE。 g-i) RuPt-Ti、RuPd-Ti 或 RuRe-Ti 多位点中的 d 带中心位置。 h) RuPt-Ti 多位点上 AB 水解的模拟路径。
相关科研成果由河南理工大学Baozhong Liu，清华大学Dingsheng Wang等人于2024年发表在Angew Chem Int Ed Engl（https://doi.org/10.1002/ange.202408193）上。原文：Efficient Hydrogen Generation from Ammonia Borane Hydrolysis on a Tandem Ruthenium–Platinum–Titanium Catalyst
原文链接：https://doi.org/10.1002/ange.202408193
转自《石墨烯研究》公众号
