氢作为一种清洁能源，正受到作为下一代能源的关注[1]。然而，在储存和运输过程中存在泄漏和爆炸的风险。因此，人们致力于将氢转化为高氢含量的化合物以便储存和运输，并使用催化剂在需要时生成氢。主要的候选物质包括液态有机氢载体（LOHCs），如醇类、胺类、芳香族化合物和氨基氧基化合物[2][3][4]。尽管如此，对于LOHCs的氧化还原电化学的理解和应用仍存在研究挑战[2][3][4]。还有许多其他物质也被报道可作为氢源，例如硼氢化钠（NaBH₄[SB]）、氨硼烷（NH₃BH₃[AB]）、肼（H₂NNH₂[HZ]）、肼硼烷（N₂H₄BH₃[HB]）、甲酸（HCOOH[FA]）和甲醇（CH₃OH[MeOH][5][6]。其中，甲酸（FA）因能够通过氢还原将生产过程中产生的二氧化碳重新转化为甲酸从而实现碳中和而备受关注[7][8][9]。已有报道指出，一种无需压缩机的低压连续供氢方法可以使用甲酸和高效催化剂实现二氧化碳与甲酸之间的相互转化[10]。鉴于未来甲酸制氢技术有望得到进一步发展，从多个角度出发，有必要深入研究相关催化剂。
我们专注于研究甲酸制氢催化剂的支持载体。二氧化硅材料（如沸石[11]）不仅是石化工艺中的多功能催化剂，还适用于精细化学品合成、生物质转化和二氧化碳利用[12][13]。已有大量关于使用这些载体制备甲酸制氢催化剂的研究[14][15][16][17]。另一方面，活性炭等碳材料广泛应用于液相吸附和高纯水处理中的除臭。近年来，活性炭还被用于全氟辛烷磺酸（PFOS）的去除、二氧化碳的回收、抗菌产品以及电双层电容器的制造，并在多个领域得到了研究[18][19][20][21][22][23][24][25]。此外，活性炭是一种可利用废弃物生产的环保材料[26][27][28][29][30]。关于甲酸氢化的研究也很多[31][32][33][34][35][36][37][38]。
迄今为止报道的甲酸制氢催化剂的转化次数（TOF）汇总于表S1中。虽然由于催化剂金属含量和实验条件的差异，无法进行统一比较，但基于碳材料的PdNPs催化剂通常表现出比基于二氧化硅材料的更高活性。此外，许多这类载体经过氨基修饰[15][16][17]、氮处理[32]，或掺杂1,4-苯二胺[35]或三聚氰胺泡沫[36]。因此，许多催化剂都经过了预处理，而载体本身的性能并未被充分考虑。因此，我们非常关注载体本身的潜力。于是我们直接将PdNPs负载在未经预处理的碳和二氧化硅材料上，并通过甲酸制氢反应来评估其活性。对于活性较高的活性炭载体，我们进一步使用不同形状、粒径和孔结构的活性炭制备了催化剂，并通过比较其活性来研究其与PdNPs之间的相互作用和电子状态。根据先前的研究，控制金属纳米颗粒的粒径对提高氢化催化剂的活性至关重要，载体本身的粒径也会显著影响催化活性。此外，通过引入氧官能团对载体表面进行修饰可以改变金属的分散性及反应物与催化剂表面的相互作用，从而调节催化性能。氮官能团能与甲酸分子及反应中间体直接相互作用，从而促进反应，是提升催化性能的主要因素。不过，氮的掺杂量存在适宜范围，过量掺杂会导致颗粒变大和分散不均，从而降低催化性能[39][40]。因此，我们也在本研究中探讨了载体（如粒径、氧官能团和氮掺杂）对催化剂的影响。
