清华大学罗三中课题组一直致力于仿生小分子催化研究（Acc. Chem. Res. 2015, 48, 986-997; Acc. Chem. Res. 2024 , 57, 10, 1523–1537），先后发展了三类新型的有机小分子催化体系。近日，该课题组的研究团队在小分子能源转化方面取得了突破性的进展，团队用无金属氮杂环磷（NHPs）类小分子有机催化剂实现高效异相电催化析氢反应（图1）。该催化剂在电解水制氢过程中展现出了非凡的催化性能，其最大电流密度可达130 mA·cm-2，且所需的过电位低至354 mV，法拉第效率高达90%。
为了进一步证实反应机理，团队进行了DFT计算，计算结果如图3所示。NHP催化剂的HER过程遵循Heyrovsky型机理。即电子转移-质子转移-电子转移（ET-PT-ET）过程：NHP催化剂首先经历单电子还原，形成自由基阳离子中间体，然后质子化形成自由基阳离子，最后再次经历单电子还原形成NHP-H氢化物作为活性物种。
综上，团队开发了有机小分子NHP作为一种有效的HER催化剂，实现了迄今为止无金属小分子催化剂的最佳活性。NHP催化剂的成功开发为HER提供了新的思路。未来，团队将进一步优化NHP催化剂的活性和稳定性，并探索其在其他电催化反应中的应用。
文献详情：
Organocatalytic Hydrogen Evolution Reaction by Diazaphospholenes.
Kaini Xu,? Yu-Shan Zhang,? Bing Zhong, Long Zhang,* Jin-Dong Yang,* Sanzhong Luo* J. Am. Chem. Soc. 2024
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c10302
https://luoszgroup.com/
