深共晶溶剂作为碘热化学循环中硫化氢分解的催化剂：一种潜在的氢生产途径的理论研究

《The Journal of Physical Chemistry B》：Deep Eutectic Solvents as Catalysts for Hydrogen Sulfide Splitting via the Iodine Thermochemical Cycle: A Theoretical Study of a Potential Route to Hydrogen Production

H2S-I2热力学循环动力学障碍可通过深共熔溶剂（DESs）缓解，其中ChCl:2EG因羟基基团与saddle points形成氢键显著降低能垒，其双氢原子转移机制更Kinetically favorable，但需实验验证。

　　

通过H₂S─I₂热化学循环分解硫化氢（H₂S）是一种有前景且具有潜在可扩展性的方法，可以同时处理硫化氢并产生氢气（H₂）。然而，H₂S─I₂热化学循环在水相中的动力学障碍仍然是一个需要解决的问题，以开发出更高效的硫化氢分解技术。因此，在这项计算研究中，我们探索了使用深共晶溶剂（DESs）作为替代介质和催化剂，以克服H₂S─I₂热化学循环的动力学障碍，从而实现硫化氢处理和氢气生产应用。通过系统的计算工作，我们识别出具有特定官能团的DESs，这些官能团具有催化活性，能够缓解H₂S─I₂热化学循环的固有动力学障碍。首先，我们选择了三种可能与含硫物种相互作用的DESs，即ChCl:2EG、ChCl:2Urea和ChCl:pTSA。这些DESs含有不同的官能团：─OH、─NH₂、C═O、─SO₂OH以及芳香环。接着，我们将之前确定的H₂S─I₂循环起始步骤和限速步骤的鞍点（ACS Sustainable Chem. Eng. 2025, 13, 13365–13385）对接到每种DES的结构中，通过水相量子化学计算来筛选超分子的构象空间。这一筛选旨在表征H₂S─I₂循环中每个目标反应的多种鞍点构象，从而得到吉布斯自由能障碍分布，以阐明每种DES的潜在催化活性。结果表明，ChCl:2EG DES由于其多个─OH极性基团，能够更容易地与目标鞍点相互作用，形成大量稳定的氢键，而ChCl:2Urea和ChCl:pTSA DES由于双键和芳香环的存在，结构较为刚性。此外，ChCl:2EG DES揭示了一种替代的、在动力学上更有利的反应路径，在该路径中，DES通过其─OH基团诱导双氢原子转移反应参与化学反应。我们的理论研究表明，不含双键或环官能团的基于醇的DESs对H₂S─I₂循环具有潜在的催化活性。然而，在实际应用之前，还需要通过实验验证所报道的催化活性和提出的反应介质的适宜条件。