氢能作为清洁能源的重要载体，其高效、绿色制备技术是当前能源化学领域的研究热点。然而，开发低成本、高效率的分子催化剂一直是制约氢能规模化应用的关键技术瓶颈。材料学院谢斌教授团队长期致力于非贵金属配合物分子催化剂的设计与合成研究。近日，在美国化学会ACS旗下的权威期刊《Inorganic Chemistry》（中国科学院一区期刊）上发表了题为“Pyridyl Functionalized dmit Based S2N2 Ligand Enables Proton Shuttling Nickel Electrocatalysts for Hydrogen Evolution”的阶段性论文。四川轻化工大学为该论文第一作者单位和通讯单位，化学与环境工程学院硕士研究生郑郅曦和材料科学与工程学院硕士研究生姚博馨为共同第一作者，谢斌教授为通讯作者，四川文理学院赖川教授和秦杰博士为共同通讯作者。
该论文创新性地将具有电子储存功能的4,5-二巯基-1,3-二硫杂环戊-2-硫酮（dmit）分子骨架与可作为质子传递位点的取代吡啶基相结合，成功构筑了一类新颖的具有non-innocent特性的S2N2配体。基于此配体框架，研究团队设计合成了三个结构新颖的镍配合物，并通过单晶结构、电化学、同位素效应、光谱表征及密度泛函理论计算等多种手段，系统研究了其电催化制氢性能与催化反应机理。研究表明，所合成的镍配合物在三氟乙酸体系中均展现出优异的电催化质子还原制氢性能。其中，配合物2在8小时的连续控制电位电解的转化数达16.8，法拉第效率为85.61%，展现出良好的催化稳定性与实际应用潜力。该类催化剂高效催化制氢的内在机制在于：dmit骨架作为电子储存可有效储存与转移电荷；吡啶基作为质子继电器能够精准高效地传递质子；二者与镍金属中心形成了协同的催化体系。结合实验测试与理论计算，提出了配体辅助金属中心的ECEC催化制氢机理，为理解分子催化制氢过程提供了重要的理论依据。该研究成果为设计兼具质子传递功能和氧化还原调控能力的非贵金属分子催化剂提供了全新的思路与方法。
该成果得到了四川省科学技术厅、化学合成与污染控制四川省重点实验室和达州市科学技术局的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/DOI:10.1021/acs.inorgchem.6c00959
【复审：黄斌 终审：许筠柱】
