多样的“S”源对钴基催化剂促进NaBH4水解脱氢的影响

（来源：四川轻化工大学化学与环境工程学院   撰稿：蒋维东）

美国化学会权威期刊ACS Applied Materials & Interfaces（1区，IF 8.456）报道了四川轻化工大学化学与环境工程学院蒋维东教授（点击查看介绍）课题组有关不同含硫盐对系列钴基催化剂催化NaBH₄水解脱氢的影响。研究生张先文为本文第一作者，蒋维东为通讯作者。

该研究原创性研究了含硫盐对不同钴源所制备Co基催化剂（图1）催化NaBH₄水解产氢的反应性。发现含硫钴盐CoSO₄所制备Co基纳米催化剂具有非常好的催化产氢活性，而不含硫的钴盐（醋酸钴、硝酸钴、氯化钴）所制备催化剂对NaBH₄水解产氢基本没有催化效果（图2）。初步估计硫元素起到关键性作用。

图1

图2

为此，通过在三种不含硫钴盐制备催化剂过程中外加含硫Na盐（Na₂SO₄和Na₂S），所制备的Co基催化剂显示出非常高的活性（图3），且Na₂S的引入产生出比Na₂SO₄更好的活性提升（图4），产氢速率在优化条件下高达4425 mL•min^-1•g_cat^-1。更为奇特是，含硫Na盐的添加时段对产氢具有截然不同的影响，研究发现：只有在Co基催化剂制备过程中添加含硫Na盐才能大幅提升催化产氢效率，而只在NaBH₄催化水解产氢反应过程中添加含硫Na盐对产氢活性基本没有提升。研究认为，在催化剂制备中外加含硫盐使得所制得Co基催化剂应为含硫物相与Co₃O₄形成的复合物，含硫物种应该在催化剂的形貌、活性物种转化等诸多方面具有积极的促进作用。相反仅催化产氢中添加含硫盐，仅为单纯的物理吸附，并不存在活性物种形成的驱动力，从而对产氢速率未能产生积极的影响。另外，不同硫酸盐的加入对所制备Co基催化的催化产氢活性有着直接影响，发现碱金属硫酸盐具有更好的促进作用：Na₂SO₄> K₂SO₄ > ZnSO₄ > SnSO₄ >CuSO₄（图5）。

图3

图4

图5

本研究的亮点之处在于硫元素引入及引入时段对不同钴源所制备Co基催化剂活性具有非常有趣的调控效应，且本研究所采用的催化产氢操作条件相对温和、催化剂用量比大多数文献报道少。下一步，将进一步优化催化剂，提升其循环性、稳定性，筛选更优的催化剂并进行固载和器件化，同时将其串联应用于不饱和化合物的催化加氢领域。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Efficient Hydrogen Generation from the NaBH₄ Hydrolysis by Cobalt-Based Catalysts: Positive Roles of Sulfur-Containing Salts

Xianwen Zhang, Qin Zhang, Bin Xu, Xiaoqiang Liu, Kaiming Zhang, Guangyin Fan, Weidong Jiang*

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 9376–9386, DOI: 10.1021/acsami.9b22645

导师介绍

蒋维东

https://www.x-mol.com/university/faculty/125827