金属有机框架负载钯基催化剂催化甲酸钾水解制氢的机制与性能优化

为解决甲酸盐水解制氢存在储氢容量低、反应速率慢的问题，研究人员设计合成了以MIL-88为载体的Pd及Pd-Ni基催化剂。研究发现，具有纺锤棒结构的Pd/MIL-88性能优于Pd/MIL-101，而引入Ni后Pd-Ni/MIL-88在60°C下的周转频率(TOF)达863.6 h?1，较Pd/MIL-88提升250.8%。通过原位漫反射红外光谱-质谱联用技术(DRIFTS-MS)揭示了HCOO与H2O在Pd表面的分步活化机制，为高效制氢催化剂开发提供新思路。

　　

甲酸盐水解(HCOOK hydrolysis)作为一种安全无毒、条件温和的制氢方式，其应用却受限于储氢能力和反应动力学瓶颈。这项研究创新性地采用金属有机框架(MOF)材料MIL-88作为载体，构建了具有独特纺锤棒形貌的钯(Pd)基催化剂体系。令人振奋的是，通过引入镍(Ni)构建双金属活性中心，Pd-Ni/MIL-88在60°C时展现出惊人的863.6 h^?1周转频率(TOF)，性能较单金属催化剂飞跃式提升。

研究团队巧妙运用氘水(D₂O)参与的原位漫反射红外光谱-质谱联用技术(in situ DRIFTS-MS)，像分子侦探般捕捉到反应过程中的关键中间体：HCOO自由基首先在Pd表面被激活，随后H₂O分子接力参与反应，最终两个活泼氢原子(H*)通过协同作用生成氢气。电子显微镜观察揭示，催化剂性能的提升不仅来自Ni→Pd的电子转移(electron transfer)效应，更与MIL-88载体独特的纺锤结构带来的高比表面积密切相关。这项研究为开发新一代高效制氢催化剂提供了重要的理论依据和技术路线。