生物乙醇作為一種綠色制氫原料，因其可再生性、高含氫量及安全的儲(chǔ)運(yùn)特性，近年來(lái)受到了廣泛關(guān)注?？茖W(xué)家們正致力于開(kāi)發(fā)更高效、更環(huán)保的制氫技術(shù)，以期推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的碳中和轉(zhuǎn)型。

近日，一項(xiàng)由中國(guó)科學(xué)院大學(xué)周武課題組、北京大學(xué)馬丁課題組以及英國(guó)卡迪夫大學(xué)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合開(kāi)展的研究取得了突破性進(jìn)展。他們創(chuàng)新性地提出了基于金屬-碳化鉬體系的“選擇性部分重整”制氫新技術(shù)，并于2025年2月14日在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了相關(guān)研究成果。

這項(xiàng)技術(shù)的核心在于通過(guò)原子級(jí)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和調(diào)控鉑/銥（Pt/Ir）雙金屬與α-MoC界面的相互作用，成功將乙醇-水重整反應(yīng)從傳統(tǒng)的完全重整路徑轉(zhuǎn)變?yōu)檫x擇性部分重整路徑。這一轉(zhuǎn)變使得反應(yīng)能夠在270℃的溫和條件下進(jìn)行，不僅實(shí)現(xiàn)了零碳排放的高效氫氣制備，還聯(lián)產(chǎn)了高價(jià)值的化學(xué)品乙酸。

傳統(tǒng)的乙醇-水重整制氫技術(shù)需要在400~600℃的高溫下進(jìn)行，不僅能耗高，而且難以避免乙醇分子C-C鍵斷裂導(dǎo)致的二氧化碳排放。催化劑的積碳和燒結(jié)失活問(wèn)題也限制了其工業(yè)化應(yīng)用。而新型鉑-銥雙金屬催化劑（PtIr/α-MoC）的提出，則有效解決了這些問(wèn)題。

該催化劑的創(chuàng)新之處在于其原子尺度的界面工程設(shè)計(jì)。通過(guò)單原子分辨的低壓掃描透射電鏡（STEM）電子能量損失譜（EELS）成像分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，在3wt%負(fù)載的3Pt/α-MoC催化劑中，Pt物種主要以單原子和團(tuán)簇的形式存在于MoC表面。而當(dāng)引入相近載量的Ir物種后，Pt物種的分散性得到顯著提升，同時(shí)Ir主要以高分散的單原子形式存在。這種原子級(jí)分散的Pt和Ir物種與α-MoC載體之間的強(qiáng)相互作用，構(gòu)建了高密度的界面催化活性位點(diǎn)，有效避免了貴金屬顆粒的形成，抑制了催化過(guò)程中C-C鍵的斷裂。

催化性能評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，該催化劑在270℃條件下，氫氣產(chǎn)率高達(dá)331.3毫摩爾每克催化劑每小時(shí)，乙酸選擇性達(dá)到84.5%。在長(zhǎng)達(dá)100小時(shí)的穩(wěn)定性測(cè)試中，該催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的抗失活能力。相比傳統(tǒng)乙醇-水重整反應(yīng)，這一新技術(shù)不僅能耗更低、更環(huán)保，還為綠色制備乙酸提供了新路徑。

周武課題組首次利用單原子分辨的低壓STEM-EELS成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)催化劑上相鄰貴金屬物種的原子級(jí)化學(xué)成像。這一技術(shù)相比常規(guī)STEM-HAADF原子序數(shù)襯度分析，在多元素混合的復(fù)雜體系中展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，能夠更精準(zhǔn)地解析雙金屬催化劑體系中的強(qiáng)相互作用。這一發(fā)現(xiàn)為探討催化劑活性提升機(jī)制提供了直接的結(jié)構(gòu)證據(jù)，對(duì)高效催化劑體系的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要意義。

這一研究成果的發(fā)布，標(biāo)志著我國(guó)在綠色制氫技術(shù)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展，為氫能產(chǎn)業(yè)的碳中和轉(zhuǎn)型提供了有力支持。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，我們有理由相信，一個(gè)更加清潔、高效的能源時(shí)代即將到來(lái)。