随着全球对可持续能源解决方案的需求不断增加，化学燃料作为能源载体的重要性愈加凸显。在众多化学燃料中，氢气因其清洁的特性受到广泛关注。然而，氢气的存储与运输面临着诸多挑战，尤其是在高压或低温条件下的存储问题。因此，寻找更加安全、稳定且易于存储的替代燃料成为当前研究的热点。甲酸由于其液态形式、化学稳定性、低点燃温度以及低毒性，成为氢气的一个有前景的替代能源载体。为了实现甲酸的有效利用，发展高效的催化剂以促进甲酸氧化反应变得尤为重要。当前，虽然贵金属催化剂在甲酸氧化中表现出较高的催化活性，（图1b）但其昂贵的成本和易中毒的问题仍是限制其广泛应用的主要因素。因此，寻找高效且具备较高选择性的非贵金属催化剂成为了一个迫切的研究方向。
图片来源：ACS Catalysis
本研究探索了一种新型钴基催化剂，用于高效催化甲酸氧化反应。（图1c）通过合成一系列基于双齿膦配体的钴配合物，研究人员试图通过改变配体结构来优化催化活性。研究团队合成了三种不同配体结构的钴配合物，分别为P2N2、PNP和dppp，并通过电化学和热力学实验，评估这些钴配合物在甲酸氧化反应中的表现。通过循环伏安法（CV）和定电位电解法（CPE），研究人员进一步探讨了这些催化剂的电化学行为和催化效率。在热力学方面，研究人员利用热力学氢化力（hydricity）指标，评估了配合物的氢转移能力，从而预测其在甲酸氧化过程中的催化性能。结果表明，具有单一侧链胺基的钴配合物展现出优于其他配体的催化活性，具有较高的反应速率常数和较低的过电位。
图片来源：ACS Catalysis
此项研究首次报告了基于钴的同质催化剂在甲酸氧化中的应用，并且展示了通过调整配体结构来提高催化活性的可能性。这不仅为钴基催化剂在能源转换中的应用提供了新的思路，还推动了对甲酸氧化反应机制的深入理解。研究表明，配体中的侧链胺基在催化反应中发挥了重要作用，通过促进氢转移来增强催化效率。这一发现对于未来催化剂的设计具有重要启示，尤其是在选择性提高和反应稳定性方面。此外，钴作为一种廉价的过渡金属，相比贵金属催化剂，具有更广泛的应用前景。在环保和经济性上，钴基催化剂的优势使其成为未来能源领域中不可忽视的选择。总体来看，本研究不仅为甲酸氧化反应提供了一种高效的钴基催化体系，还为其他电催化反应的催化剂设计提供了宝贵的经验，推动了绿色能源技术的发展。
标题：Electrocatalytic Formate Oxidation by Cobalt–Phosphine Complexes
作者：Sriram Katipamula, Andrew W. Cook, Isabella Niedzwiecki, Chathumini Nadeesha, Ashish Parihar, Thomas J. Emge, and Kate M. Waldie*
链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.4c03189
