二硫醇鎳絡合物：高效光、電催化析氫分子催化劑

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隨著煤炭、石油等不可再生資源的日益枯竭，能源短缺和環境污染等問題日趨嚴重，逐漸成為制約社會和經濟可持續發展的瓶頸。人們開始努力尋找可再生的清潔能源。氫能源由於具有熱值高、清潔、可再生等優點成為人們關注的焦點。如何通過簡單、高效的途徑獲取氫氣已成為全球科學家研究的目標。自然界的氫化酶可以在溫和條件下高效地催化質子還原產生氫氣，促使合成化學家們希望通過模擬氫化酶的結構來實現人工產氫，從而為氫能的供應尋找一種更加經濟環保的新途徑。

在探索模擬鎳鐵氫化酶活性中心的過程中，華僑大學的駱耿耿教授課題組注意到一類平面順式構型的二硫醇鎳絡合物，意外發現該類絡合物具有高效的電催化質子還原析氫能力。電催化實驗測試表明，鎳絡合物在常溫不同電位下的催化氫氣轉化數（TOF）高達5575 s-1和1441s-1，即每摩爾絡合物每秒可產生5575及1441摩爾氫氣。他們藉助密度泛函理論（DFT）計算分析整個電催化析氫的機理和過渡態，發現絡合物中的硫原子在整個電催化過程中扮演著至關重要的角色。計算顯示通過硫原子的質子化，進而發生Ni-S鍵的斷裂，經過質子-負氫模式形成分子氫的ECCE路徑可以為催化劑提供在動力學和熱力學都更有利的路線。有趣的是，這類絡合物在純水溶液中也同樣具有高效的可見光催化析氫性能。結構簡單、合成容易、水溶性良好（水中溶解度高達75 mg?mL-1）且高效穩定的二硫醇鎳絡合物成為全新的光、電析氫分子催化劑，為高效水溶性質子還原催化劑的探索提供一個新的方向。

圖1. 計算分析催化劑的析氫機理（左）及關鍵的過渡態結構（右）

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該論文作者為：Geng-Geng Luo, Yong-Heng Wang, Jiang-Hai Wang, Ji-Huai Wua and Rui-Bo Wu

A square-planar nickel dithiolate complex as an efficient molecular catalyst for the electro- and photoreduction of protons

Chem. Commun.,2017,53, 7007-7010, DOI: 10.1039/C7CC01942D

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駱耿耿

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