Liberating C–H Bond Activation: Achieving 56% Quantum Efficiency in Photocatalytic Cyclohexane Dehydrogenation

脱氢 化学 环己烷 光催化 光化学 量子效率 碳氢化合物 制氢 氢键 催化作用 化学工程 有机化学 分子 光电子学 材料科学 工程类
作者
Ruike Tan,Xinhui Wang,Yuxiang Kong,Qing Ji,Qingyun Zhan,Qingchuan Xiong,Xiaoyue Mu,Lu Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (20): 14149-14156 被引量:8
标识
DOI:10.1021/jacs.4c02792
摘要

The technology of liquid organic hydrogen carriers presents great promise for large-scale hydrogen storage. Nevertheless, the activation of inert C(sp3)–H bonds in hydrocarbon carriers poses formidable challenges, resulting in a sluggish dehydrogenation process and necessitating high operating temperatures. Here, we break the shackles of C–H bond activation under visible light irradiation by fabricating subnanometer Pt clusters on defective Ce–Zr solid solutions. We achieved an unprecedented hydrogen production rate of 2601 mmol gcat.–1 h–1 (turnover frequency >50,000 molH2 molPt–1 h–1) from cyclohexane, surpassing the most advanced thermo- and photocatalysts. By optimizing the temperature-dominated hydrogen transfer process, achievable by harnessing hitherto wasted infrared light in sunlight, an astonishing 56% apparent quantum efficiency and a 5.2% solar-to-hydrogen efficiency are attained at 353 K. Our research stands as one of the most effective photocatalytic processes to date, holding profound practical significance in the utilization of solar energy and the exploitation of alkanes.
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