金属氢化物在能量转换和催化过程中发挥着重要作用，其能够诱导一种协调和有效的氢原子转移(HAT)过程。迄今为止，已经报道了各种策略来构建类似于酶位点的人造金属氢化物中心，以实现强大的化学反应。一般来说，中间金属氢化物的生成需要高度还原性的氢供体。采用温和的质子供体(如水和醇)，通过催化方式制备金属氢化物是一种更为可取的方法(一般是光催化或电催化)，并满足合成化学的绿色和可持续的目标。然而，这需要设计良好的介质来加速电子和质子转移过程；并且，这些微妙的分子结构通常难以在相当大的电流密度下进行高通量生产，要控制质子含量以尽量减少氢的释放。因此，构建异质金属氢化物位点仍然是一个挑战。
近日，电子科技大学夏川课题组以锌(Zn)为模型催化剂，使用压力诱导的方法，成功合成具有成本效益的非均相电催化金属氢化物表面(ZnHx)。具体而言，在电解过程中引入压力后，通过Volmer步骤产生的表面吸附氢(H*)渗透到金属电极的间隙部位。所获得的金属氢化物表面在降压后仍然保持稳定，并作为一个有效的催化剂在环境条件下电催化CO2还原过程。研究人员进一步展示了ZnHx表面在打破传统的催化剂设计规则和带来CO2电还原替代机制方面的能力。结果表明，当ZnHx表面形成时，主要产物由CO (Zn)逐渐转变为甲酸(HCOOH)，且效能显著增加。并且，在常温条件下，最大HCOOH法拉第效率提高了5倍，达到83%。详细的机理研究显示，与原始Zn催化剂上CO2电还原为CO和烃的远端加氢途径不同，ZnHx表面的压力诱导形成能够通过协调的均相型HAT途径使得在CO2的碳位点处直接表面加氢形成甲酸盐(HCOO−)。这种独特的加氢行为导致了非常规的反动力学同位素效应，这很好地解释了氢化物表面的高固有反应性。此外，通过同位素交叉标记实验，直接证明了次表面氢参与了反应，并说明了氢化物表面的可更新性与氢产生的Volmer过程。此外，研究人员还观察到在其他CO选择性金属，如Ni、Ag和Au上相同的加氢行为“开关”，证明了所提出的策略的广泛适用性。Pressure-induced generation of heterogeneous electrocatalytic metal hydride surfaces for sustainable hydrogen transfer Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-52228-2
