双功能Ni2P电极用于析氢反应与四氢异喹啉选择性脱氢反应

电催化水分解是制备清洁能源——氢气最具潜力的途径之一。然而，其析氧半反应 (OER) 不仅动力学缓慢，而且产生的氧气附加值低，存在需分离氢气和氧气等问题，很大程度的限制了水全解的能量转化效率，也大大提高了制氢成本。因此，探索一种阳极电催化析氧替代反应，促进水分解制氢，同时，高选择性生产高附加值的化学产品，具有重要的意义。

近期，天津大学张兵教授（点击查看介绍）课题组在前期电催化耦合伯胺完全氧化制腈和析氢的工作（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 13163–13166）的基础上，进一步通过四氢异喹啉（THIQs）的选择性部分脱氢替代阳极析氧反应，发展了双功能Ni₂P电极电催化四氢异喹啉选择性半脱氢耦合析氢的反应策略。通过绿色可控的电催化方式，在低电位下实现了四氢异喹啉的高选择性半脱氢制备二氢异喹啉（DHIQs），同时促进氢气生成（图1）。

图1. 反应体系示意图

该课题组通过电化学原位拉曼光谱等技术对催化机制进行了研究，结果表明电化学原位转化的Ni^II/Ni^III作为可逆的氧化还原介体，是可控的部分脱氢反应的氧化还原活性物质（图2）。

图2. 电化学原位拉曼光谱图

该策略具有产率高，选择性好，可应用于克级合成等优点。此外，Ni₂P电极的双功能电解槽可以在比水全解所需电压更低的电压条件下（j=20 mA cm^-2, ∆V=300 mV）同时产生H₂和DHIQs，法拉第效率达96%，并具有较好的稳定性（图3）。

图3. Ni₂P双功能电解槽

相关研究成果发表在近期的Angew. Chem. Int. Ed. 上，该文章的通讯作者为天津大学的张兵教授，共同第一作者为天津大学硕士研究生黄陈琦和博士后黄义。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Integrating Hydrogen Production with Aqueous Selective Semi‐Dehydrogenation of Tetrahydroisoquinolines over a Ni₂P Bifunctional Electrode

Chenqi Huang, Yi Huang, Cuibo Liu, Yifu Yu, Bin Zhang

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201903327

导师介绍

张兵

https://www.x-mol.com/university/faculty/13340