基于锰催化氢化和脱氢反应的可逆性液态有机物储氢技术研究

迄今为止，所有已报道的液态有机物储氢系统均依赖于贵金属催化剂的使用。因此，开发以储量丰富、廉价低毒的非贵金属催化体系构建高效的液态有机物储氢系统具有重要的研究意义。

基于近期锰催化加氢和脱氢反应的最新研究进展，清华大学基础分子科学中心刘强课题组发展了一种新型的锰催化体系，实现了以N,N’-二甲基乙二胺-甲醇和N,N’-二甲酰-N,N’-二甲基乙二胺作为液态有机物储氢材料的可逆性储氢体系。该储氢体系的储氢密度达到5.3%，脱氢反应过程能够以高达97%的选择性生成二酰胺类产物，展现出良好的应用前景。

为了进一步研究脱氢反应的反应路径，进行了一系列的控制实验。首先，使用甲醇在标准条件下进行反应，仅监测到少量甲酸甲酯(4%)的生成，说明甲酸甲酯可能不是该反应的反应中间体；使用多聚甲醛替代甲醇在标准条件下进行反应，能够检测到单酰胺和二酰胺产物的生成，说明甲醛可能是脱氢反应发生的中间体；合成单酰胺在标准条件下进行脱氢反应，能够以92%的高产率得到二酰胺产物，说明单酰胺可能为脱氢反应生成二酰胺产物的中间体；同时也尝试不加入催化剂的控制实验，二胺和多聚甲醛在无催化剂的条件下未能够检测到目标产物的生成，但能够以25%的产率得到环化产物1,3-二甲基-1,3-咪唑烷，但当使用单酰胺进行无催化剂的实验时，未能够检测到环化产物的生成，说明环化产物是由二胺和甲醛在无催化剂条件下原位生成的。

最后，在上述一系列实验数据和之前对锰催化醇类产物脱氢反应研究的基础上，对锰催化的脱氢缩合反应提出了一个可能的反应路径。

      该研究成果在《自然通讯》(Nat Commun. 2020, 11, 591)杂志上报道。该研究工作得到了国家自然科学基金委和北京市科学技术委员会的支持。

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