近日，武汉大学肖湘衡教授课题组在Nature Communications，发表了题为“Electrocatalytic hydrogenation of acetonitrile to ethylamine in acid”的研究论文。武汉大学博士后唐重阳、中国科学技术大学博士生魏聪和方延延为论文共同第一作者，中国科学技术大学王功名教授、美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授和武汉大学肖湘衡教授为论文通讯作者，武汉大学为第一通讯单位。

在响应国家2050年“碳中和愿景”的战略规划下，逐步降低对化石能源的依赖，利用可再生能源对小分子吸附及转化为更高价值的产物对实现能源持续利用具有重要意义。近年来，人们对电催化加氢的催化剂研究不断取得新进展，效率也在不断的提升。然而，由于固液界面固有物理屏障及研究手段的限制，活性表面电子结构与活性位点微观配位的动态演化仍旧缺乏系统、清晰的物理图像认知。

图1. 原位同步辐射X射线吸收谱对Pd的配位结构和电子态变化的实时监测

对此，课题组研究人员聚焦电还原过程中金属催化表面强质子耦合现象，采用多种原位光谱学表征手段证明由于强质子耦合效应的存在，以Pd为代表的金属活性表面会原位形成PdHx催化反应活性中心。相对其他活性金属表面，其d(Pd)-p(N)轨道的相对较强杂化耦合填充了N基反应基团反键轨道的电子态（*CH₃CN），增加了反应基团C≡N初始加氢步骤的能力。同时，晶格中氢原子的存在使得Pd的d空轨道减少，减弱了目标产物（乙胺）的脱附势垒，利于催化反应过程中吸脱附平衡。由于Pd基催化剂合适的连续性能带位置，因而在筛选的系列金属催化剂中展现出了优异的加氢反应活性及产物选择性。研究人员进一步拓展采用质子交换膜电解器进行电催化乙腈加氢转化的系统可行性验证，测试结果显示，在电流密度为200 mA cm⁻²时，Pd/C展现了较高的乙胺法拉第效率（43.8%）和比产率（2912.5 mmol g^-1 h^-1），比所筛选的其他金属催化剂高出一个数量级。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47622-9

（通讯员：唐重阳）