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

2016/4/13 13:08:17  作者:思域化工


          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,中山大学柯卓锋课题组报道了路易斯酸-过渡金属(Lewis acid-transitiong 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。以(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LA和TM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。

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