简介
能源是一个国家经济的核心，在过去的两个世纪里，社会的能源消耗量与创造的财富量同步增长。而能源消耗与国内生产总值 (GDP) 之间存在相关性，这意味着全球能源需求增加，尤其是发展中经济体。
世界主要能源由石油（34%）、煤炭（27%）和天然气（24%）构成，其中化石燃料占85%。化石燃料的大量消耗是不可持续的，因为它们需要数百万年的时间才能形成，而有限的化石燃料供应消耗的速度比生产速度快得多。因此，迫切需要开发可持续和清洁的能源载体。
为以清洁、经济和可持续的方式生产、储存和使用能源寻找合适的载体，需要开发高效的催化剂来推进这一目标。总的来说，催化技术在能源部门的以下部分发挥着至关重要的作用：(a) 能源生产反应，(b) 安全和长期的能源储存和运输，以及 (c) 能源的高效利用。
氢气长期以来被认为是“未来的燃料”，在过去十年中，氢能已经发展到很有希望在未来应用的阶段。过去已经研究了许多明确定义的过渡金属催化剂来影响氢经济，特别是发现新的储氢系统。本综述讨论了各种储氢系统和其金属配合物催化剂的发展。特别详细讨论了使用基于贵金属/非贵金属的催化剂对甲醇 (CH3OH + H2O = 3H2 + CO2) 进行水相重整制氢，因为该反应可能会影响氢经济和甲醇经济.
甲醇是塑料、胶水、油漆、建筑材料和溶剂的重要化学原料，全球每年的生产规模超过 7500 万吨。它作为燃料（或燃料添加剂）的额外应用引发了对该领域的进一步兴趣。从捕获的 CO2 中可持续、具有成本效益和大规模生产甲醇对于实现“循环经济”非常有用，正如 Olah 和 Prakash 也提出的“甲醇经济”概念。
除了概念之外，这一愿景已由一家名为 Carbon Recycling International (CRI) 的冰岛公司实现，在该公司中，从工业排放中捕获的 CO2 使用可再生 H2 加氢为甲醇。可再生氢气可以来自使用可再生电力电解水（制造电子再生e-甲醇或 Vulcanol ）或来自副产品或废气（制造低碳甲醇）。
自 2021 年以来，Vulcanol 已在欧洲和中国进行商业销售，CRI 的目标是从 2021 年起每年生产多达 110000 吨再生碳甲醇。另一家以工业规模生产可再生甲醇的公司是总部位于加拿大的公司称为 Enerkem，其中甲醇是通过从城市固体废物中产生的有机废物的热化学气化生产的合成气，进一步催化转化为甲醇。总部位于荷兰的 BioMCN 公司从废物消化厂的沼气中生产可再生甲醇。2017年，BioMCN生产和销售可再生甲醇约6万吨。
很明显，可再生甲醇的产量仍远低于其需求，部分原因是当地缺乏大量廉价的可再生原料或可再生能源。考虑到二氧化碳在大气中的产生和释放是不可避免的，以具有成本效益的方式将其捕获并转化为甲醇可能是生产可再生甲醇的最可持续的方法。该领域已使用有机金属催化剂进行了广泛研究，其中可以使用醇、胺、硅烷和硼烷等捕获剂捕获 CO2，然后将其氢化或水解以生产甲醇。
图1. 各种储能分子催化转化
原文链接
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00412
催化机制研究
研究均相催化的动力是了解催化过程机制的机会，最终使我们能够开发出新的和更有效的催化剂。当我们回顾大量用于生产和储存能量载体的均相催化剂时，许多催化剂通过氧化还原金属-配体合作（MLC）运作，其特征是配体上有一个碱性或亲核位点，以及一个可以充当亲电子试剂的配位不饱和金属中心。这允许极性（例如，O-H、N-H）和非极性（例如，H2）分子通过亲电子金属中心和亲核配体位点进行断键活化。
(a) 通过酰胺/氨基模式的 MLC。通过酰胺/氨基模式的 MLC 应用首先由 Noyori 证明用于催化氢化反应。在方案 1A 中显示了这种模式操作的一个例子，使用含有 MACHO 型配体的钳形复合物。钌 MACHO 配合物对苛刻的催化条件如温度（高达 150°C）表现出耐受性和稳健性，因此它们已被广泛用于各种绿色均相催化，特别是（脱）氢转化，例如 Ru、Ir、Mn 和 Fe 的配合物的此类催化剂的例子。
图2：均相催化剂催化剂机制的一般类别
(b)MLC 通过脱芳构化/芳构化模式。 Milstein 报道了一种基于钳形配合物脱芳构化和芳构化的金属-配体合作新模式。如方案 1A 所示，此类配合物涉及含有二甲基吡啶骨架的钳状配体，并且在侧臂 C-H 质子和金属中心之间发生键活化。脱芳构化步骤是由形成的酰胺配体和金属之间形成更强的键驱动的，而芳构化过程是由于吡啶环的芳构化和更稳定的配位饱和络合物的形成而获得的稳定性驱动的。
(c) 双模 MLC。Milstein 小组最近报道了一个新的钳形复合物家族，能够通过酰胺/氨基模式和脱芳构化/芳构化模式表现出双重 MLC 模式（方案 1A）。这类钌催化剂对（脱）氢催化具有高活性，并且可以在接近室温的条件下氢化酯和酰胺。
(d) 氧化还原活性 MLC。Grützmacher 已开发出含有 1,4-双(5H-二苯并[a,d]环庚烯-5-基)-1,4-二氮杂丁烷-1,3-二烯配体的金属配合物，这些配合物已显示出可用于催化甲醇水溶液或甲醛生产 H2 的活性。如方案 1B 所示。
(e) 基于质子响应配体的催化剂。带有质子响应配体的配合物可以在 pH 变化时去质子化和质子化，已被多个研究小组用于（脱）氢转化反应（方案 1C）。例如，去质子化的催化剂可以在较高的pH值催化CO2 氢化成甲酸盐，而质子化的催化剂可以在较低的pH值催化HCOOH的脱氢。
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