FAD介导的氢吸附调控策略：实现低压制氢与碳氢化合物氢化的双功能电催化系统

本研究针对电催化中质子耦合电子转移(PCET)过程的调控难题，发现黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)可选择性调节Pt/Pd表面氢吸附态(H??)：清除Pt表面H??促进甲酸氧化反应(FAOR)，增强Pd表面H??吸附加速析氢反应(HER)，并实现甲苯温和条件下氢化为甲基环己烷(MCH)，为绿色制氢与有机储氢材料合成提供了新型分子调控工具。

　　

在能源转型与碳中和背景下，开发高效低能耗的氢能技术成为研究热点。传统电解水制氢面临两大瓶颈：阳极氧析出反应(OER)过电位高导致能耗大，而使用有机分子氧化的替代方案又受限于催化剂中毒问题。与此同时，液态有机氢载体(LOHC)技术需要开发温和条件下的高效氢化催化剂。这些挑战的核心在于如何精准调控催化剂表面的氢吸附态(H??)——这个关键中间体既影响析氢反应(HER)效率，又决定有机分子氢化效果。

韩国研究人员在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表的研究中，从生物电子传递链获得灵感，发现黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)能双向调节不同金属表面的H??行为。通过电化学沉积制备FAD修饰的Pt/C和Pd/C催化剂，结合循环伏安法、电化学阻抗谱和同位素标记实验，系统研究了FAD对HER、FAOR及甲苯氢化的影响机制。

FAD-electrodeposited catalysts
研究发现FAD在0.4 V_SHE电位窗口发生2H⁺-2e^-转移(2PC2ET)，其氧化还原电位恰与H??生成电位重叠。在Pt表面，FAD通过竞争吸附清除H??，使活性位点优先吸附甲酸的CH-down构型(??H(C=O)OH)，将FAOR路径锁定在直接氧化途径，避免CO毒化。而在Pd表面，FAD通过电子效应增强H⁺吸附，使H??覆盖度提升3倍，显著加速HER。

FAD-driven hydrogen spillover
FAD修饰的钯膜展现出独特的氢溢流效应。同位素实验证实，阴极生成的H??能穿透50μm厚Pd膜，在0.1 MPa、60℃条件下将甲苯氢化为甲基环己烷(MCH)，转化率达92%，远超传统热催化需要200℃的条件。这种"电化学氢泵"效应源于FAD优化了Pd晶格中氢的溶解-扩散动力学。

Conclusion
该研究揭示了FAD的双重调控机制：当催化剂对H??结合能弱于FAD时(如Pt)，FAD作为H??清除剂；当结合能强于FAD时(如Pd)，则成为H??促进剂。这种生物分子介导的智能调控策略，首次在同一系统中实现了低电压(0.8 V)电解制氢与有机储氢材料合成的协同，为发展新型电催化-氢化集成系统提供了范式。相比金属配合物PCET调节剂，FAD具有无金属参与、耐酸性强、自组装等优势，展现出广阔的工业应用前景。