极化驱动氢化物转移：揭示异裂氢化催化的电化学机制及其在可持续催化中的意义

来自前沿催化领域的研究人员通过量化催化剂工作电位，揭示了异裂氢化反应（如CO2还原为甲酸盐和NADH再生）中存在界面电化学氢转移机制。该研究证明质子受体诱导催化剂表面自发极化，调控M–H中间体热力学氢负离子亲和力，从而驱动速率决定步骤，为可持续氢化反应设计提供了新范式。

　　

异裂氢化反应（heterolytic hydrogenation）通过将氢分子（H₂）裂解为氢负离子（hydride）和质子（proton）分别传递给氢受体和质子受体，成为化学价值链中的关键反应类型，涵盖二氧化碳（CO₂）氢化生成甲酸盐（formate）以及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）还原为NADH等重要过程。传统多相催化机理模型主要关注表面反应步骤，却忽视了界面电荷分离的作用。本研究通过实时量化催化剂在工作状态下的电化学电位，发现质子受体会诱导金属催化剂表面发生自发电化学极化，从而调控表面金属-氢（M–H）中间体的热力学氢负离子给予能力（thermodynamic hydricity），并驱动速率决定步骤——界面电化学氢负离子向氢受体底物的转移。这一机理框架适用于多种反应介质（包括CO₂至甲酸盐和NAD⁺至NADH的氢化反应），不仅能够用于本征反应动力学的测定，还为未来开发可持续氢化反应提供了关键设计原则。