1,2,3,4-四氢喹啉(THQ)骨架在制药、农化和石油化工等行业中是一种重要结构基序。目前，THQ的合成主要集中在催化环化、贝克曼重排和喹啉选择性加氢。值得注意的是，喹啉选择性加氢因其原子利用率高而被认为是最方便可行的方法。贵金属基化合物(Pd, Ir, Rh, Ru, Os等)是工业热催化喹啉加氢反应中最主要的催化剂，在高温高压H₂条件下(100 ^oC以上10-50 bar H₂)。然而，恶劣的热催化条件往往使H₂与苯环发生强烈的相互作用，产生5,6,7,8-四氢喹啉和十氢喹啉等副产物。同时，可燃性氢气的储存和运输也产生了额外的成本和安全风险，极大地限制了大规模应用。

目前，喹啉类化合物的电催化加氢(ECHQ)已成为传统热催化方法的一种有吸引力且安全的替代方法。这种方法在环境条件下使用H₂O作为H源和可再生电力作为动力。与热催化喹啉加氢反应中H₂解离生成H源不同，ECHQ反应涉及到H₂O在催化剂-电解质相界面的活化和解离，ECHQ的热力学反应过程是调节催化剂的电子态。

然而，目前对ECHQ的研究更多地集中在催化剂催化活性的优化上，而对ECHQ的反应机理和反应路径的探索几乎是空白。因此，迫切需要有效的手段来揭示ECHQ反应过程中的关键影响因素。从ECHQ反应方程中不难发现，两个关键反应在ECHQ中起着极其重要的作用:1) H-OH键断裂的质子供应步骤(Volmer步骤，H₂O + e⁻→H* + OH⁻)和2) 喹啉底物的吸附、解吸和转化过程。对于ECHQ的非均相反应，这些因素与催化剂中活性位点的类型和表面状态(如电子态、配位环境)密切相关。考虑到上述研究障碍，探索具有不同配位模式/表面状态的催化剂，同时促进水的解离和喹啉的转化，揭示ECHQ催化过程中的反应机理和中间转化过程，是一个极具吸引力但仍具有很大挑战的课题。

近日，南京师范大学付更涛教授、日本东北大学李昊教授团队，以一组钴X-化物（Co(OH)F、 Co₃O₄、CoP和Co₉S₈）为模型，研究了它们对喹啉电催化加氢反应(ECHQ)的催化行为差异。在所选钴X-化物中，Co₃O₄表现出最好的ECHQ性能，在环境条件下转化率高达98.2%，选择性接近100%，是目前报道的最好的ECHQ催化剂之一。原位拉曼结果表明，在Co₃O₄位的界面H₂O中，2配位氢键水的比例高于其钴X-化物，且负电位较低，这为后续的水解离生成H*提供了较好的动力学条件。通过理论计算证明了一种在Co₃O₄位点上自发解吸加氢产物1,2,3,4-四氢喹啉的1,4/2,3- H *加成途径。

相比之下，Co₉S₈位点表现出最低的ECHQ性能，这是因为H*形成阶段的高热力学势垒抑制了随后的氢化反应；而Co(OH)F和CoP位点上的ECHQ分别经过1,2,3,4-和4,3/1,2- h *加成途径，解吸障碍高，喹啉转化率低。相关成果以标题为“Identifying Highly Active and Selective Cobalt X-ides for Electrocatalytic Hydrogenation of Quinoline”发表在Wiley出版社旗下材料期刊《Advanced Materials》上。