汪骋/林文斌课题组和程俊课题组在常压催化CO2加氢生成甲酸实验设计方面取得了重要进展。他们利用改良过的索氏提取器，把固定于金属有机框架(MOF)中的小分子催化剂放置于索氏提取器的冷凝单元下方，让回流凝结的水滴间歇性地浸润/穿过MOF催化床层，构造了以催化剂为中心的气体、液体、固体三相动态催化界面。反应生成的甲酸随水滴下落冲洗至底部烧瓶，进一步与碱中和，拉动热力学平衡。同时三相催化界面的存在使得催化剂活性位点大量暴露在气体氛围中，解决了氢气在溶液中低溶解度的问题，从而在常压下实现了高转化频率(TOF=410 h-1)，和高甲酸选择性(100%)。
更有意思的是，在这一特殊体系中他们观测到了不同于传统均相反应的极大的动力学同位素效应(KIE)，指示出量子隧穿的质子-氢负离子协同转移是CO2氢化的速控步骤。相关研究成果近期已在Journal of the American Chemical Society上在线发表(doi: 10.1021/jacs.7b10922)。
这一工作由博士生安冰、曾令真、贾玫共同完成。该工作受到多项国家自然科学基金项目和科技部重点研发计划的资助。
图1二氧化碳氢化反应过程示意图
