硼烷氨(NH3BH3，AB)是一种化学储氢材料，由于其安全性、高效、高储氢密度、良好的可回收性，引起了人们广泛的关注。AB水解反应包括AB和H2O分子中B-H和O-H键的裂解、*H等中间体的转移，以及H2的解吸。所有这些过程都需要在它们匹配的催化活性位点上有效地发生。单位点或双位点不足以快速实现多步催化过程，因此设计催化剂的结构和构建多位点以提高水解活性和稳定性，对氢水解催化剂的开发和应用具有重要意义，但揭示AB水解的匹配反应机制是一个巨大的挑战。
近日，河南理工大学刘宝忠、清华大学王定胜和郑州大学李保军等以Ru和Pt原子为金属位点，以Ti3C2中的Ti原子作为载体位点，采用浸渍还原法构建了RuPt-Ti多原子位点，并研究了AB水解过程中H原子的活化途径。结果表明，RuPt-Ti具有显著的催化活性，其TOF值高达1293 min−1，分别是单位点Ru和双位点Ru-Ti的8.9倍和5.4倍，并优于大多数贵金属。此外，RuPt-Ti多位点催化剂可以连续生产H2超过8小时以上，周转数(TON)为27513。对反应后RuPt-Ti多位点催化剂进行XPS和TEM表征，结果显示，催化剂表面被B和Na侵蚀：一方面，试验后副产物NaBO2的积累可以覆盖金属的活性位点，破坏Ti3C2 MXene的结构，导致催化活性降低；另一方面，反应过程中H2的持续释放对催化剂施加压力，可能导致结构降解。通过理论计算揭示了RuPt-Ti多位点催化剂催化AB水解的机制。具体而言，反应物NH3BH3和H2O在水解反应开始时吸附在RuPt-Ti多位点催化剂上，然后B-H键在Ru位点断裂，而O-H键在Pd位点断裂；H原子从RuPt的Ru和Pt位点转移到Ti3C2 MXene的Ti位点结合形成H2。随后，*NH3BH(OH)作为一个新的开始，继续反应，直到剩余的H被完全释放。因此，RuPt-Ti多位点的整体串联机制有利于加速动力学，提高H2生产性能。综上，Ru基催化剂的多位点调控策略为合理设计和构建具有全金属利用率的高性能催化水解材料提供了思路。Efficient hydrogen generation from ammonia borane hydrolysis on a tandem ruthenium–platinum–titanium catalyst. Angewandte Chemie International Edition, 2024. DOI: 10.1002/anie.202408193
