Metal surfaces catalyse polarization-dependent hydride transfer from H2

氢化物 化学 催化作用 反应性(心理学) 试剂 无机化学 极化(电化学) 氢气储存 光化学 物理化学 有机化学 医学 替代医学 病理
作者
Hai‐Xu Wang,Wei Lun Toh,Bryan Y. Tang,Yogesh Surendranath
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:6 (4): 351-362 被引量:28
标识
DOI:10.1038/s41929-023-00944-1
摘要

Hydride transfer is a critical elementary reaction step that spans biological catalysis, organic synthesis and energy conversion. Conventionally, hydride transfer reactions are performed using (bio)molecular hydride reagents under homogeneous conditions. Here we report a conceptually distinct heterogeneous hydride transfer reaction via the net electrocatalytic hydrogen reduction reaction (HRR), which reduces H2 to hydrides. The reaction proceeds by H2 dissociative adsorption on a metal electrode to form surface M−H species, which are then negatively polarized to drive hydride transfer to molecular hydride acceptors with up to 91% Faradaic efficiency. The hydride transfer reactivity of surface M−H species is highly tunable, and, depending on the electrode potential, the thermodynamic hydricity of Pt−H on the same Pt electrode can continuously span a range of >40 kcal mol−1. This work highlights the critical role of electrical polarization on heterogeneous hydride transfer reactivity and establishes a sustainable strategy for accessing reactive hydrides directly from H2. Although homogeneous hydride transfer reactivity is well understood, the heterogeneous counterpart at metal surfaces remains rather unexplored. This work introduces the electrocatalytic hydrogen reduction reaction, which in net reduces H2 to reactive hydrides via the intermediacy of surface M−H species. The study reveals that hydride transfer from surface M−H species can be driven by electrical polarization.
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