Co促进贵金属催化氨硼烷分解制氢

在新能源中，氢气因其高能量密度、可再生性和环境友好性，被认为是满足日益增长的清洁能源供应需求的最有前途的能源载体之一。氨硼烷(AB, NH₃BH₃)是最有前途的液相化学储氢材料之一，因为它具有极高的储氢容量(19.6 wt%)，无毒，在溶剂中的溶解性和稳定性好。

在适当的均相和多相催化剂催化下，在温和的反应条件下，可以通过AB水解反应(NH₃BH₃+ 2H₂O→NH₄⁺+BO₂⁻+3H₂↑)释放H₂。均相催化剂虽然具有较高的催化活性，但难以从催化反应体系中分离出来，不便于大规模应用。与均相催化剂相比，多相催化剂在AB水解反应中可以克服分离问题，实现循环利用，但活性较低，长期稳定性较差。

一般而言，负载型贵金属催化剂(如Pt、Rh和Ru)在温和条件下催化AB水解生成H₂的活性较高。然而，贵金属在地球上的丰度低和成本高阻碍了它们在AB水解中的实际应用。如何提高贵金属物种的金属利用率和比活性，具有重要意义和挑战性。

基于此，苏州大学鲍晓光、孙启明、于吉红院士等人提出了一种逐步还原策略，在各种金属氧化物载体上合成一系列尺寸小、分散度高的双金属物种。相对于其他非贵金属物种，Co物种的引入可以显著且普遍地促进各种贵金属(如Pt、Rh、Ru、Pd)在AB水解反应中的催化活性。所设计的催化剂具有优良的催化性能、优越的稳定性和低廉的成本，为其在化学储氢中的实际应用开辟了新的前景。

相关工作以Cobalt-Promoted Noble-Metal Catalysts for Efficient Hydrogen Generation from Ammonia Borane Hydrolysis为题在JACS上发表论文。

作者开发了一种逐步还原策略来制备一系列金属氧化物负载的小而分散的双金属催化剂。Co的引入不仅能减小贵金属尺寸，而且能普遍促进不同种类贵金属(如Pt、Rh、Ru、Pd)在AB水解反应中的催化活性。

由于贵金属利用率的提高和双金属物种的协同作用，优化后的Pt_0.1%Co_3%/TiO₂催化剂在AB水解中表现出超高的H₂生成速率，在298 K时TOF值为2250 mol_H2 mol_Pt⁻¹ min⁻¹。TOF值分别是单金属Pt/TiO₂催化剂和商用Pt/C催化剂的10 倍和15 倍，超过了大多数最先进的负载金属催化剂。

DFT计算表明，CoO物种的引入会导致Pt物种在界面区形成电子缺位，从而显著促进水分子的化学吸附和解离，加速AB水解生成H2。值得注意的是，代表性的Pt_0.25%Co_3%/TiO₂催化剂表现出优异的稳定性，在室温下实现了创纪录的高周转率(TON)，达到215236 mol_H2 mol_Pt⁻¹。负载型双金属催化剂具有优越的催化性能、优良的催化稳定性和低廉的合成成本，在化学储氢等高性能多相催化反应领域具有广阔的实际应用前景。