氢能被视为将来干净动力系统的中心，其出产方法直接影响寰球碳中跟目的的实现。但是，以后寰球约96%的氢气仍依附化石燃料制备，每出产1吨氢气平日随同9-12吨二氧化碳的排放，这与寰球“双碳”策略目的构成明显抵触。因而，开辟真正绿色、高效、低碳的制氢技巧已成为寰球动力转型的要害课题。比年来，生物乙醇因其可再素性（起源于农林放弃物）、高含氢量（13 wt%）及精良的储运保险性，成为备受存眷的绿色制氢质料。但是，传统的乙醇-水重整制氢技巧仍存在两浩劫题：起首，该进程平日需在400-600℃的低温前提下停止，能耗高且难以防止乙醇分子C-C键断裂招致的CO2排放；其次，现有催化剂易遭到积碳跟烧结掉活的影响，限度了其产业化利用，难以统筹催化效力与临时稳固性。冲破性绿色制氢技巧：精准催化实现零碳排放针对上述挑衅，中国迷信院年夜学周武教学课题组与北京年夜学马丁教学课题组、北京年夜学周继寒研讨员课题组以及英国卡迪夫年夜学Graham J. Hutchings教学联袂配合，基于周武教学与马丁教学团队在金属-碳化钼（M/α-MoC）催化剂系统近十年的配合研讨积聚（ Nature 2017, 544, 80-83； Science 2017, 357, 389-393； Nature 2021, 589, 396-401），首创性地提出金属-碳化钼系统 抉择性局部重整 制氢新技巧。这一技巧经由过程原子级精准计划、调控Pt/Ir双金属-α-MoC界面，将乙醇-水重整反映从传统的完整重整（氧化）门路改变为抉择性局部重整门路（C2H5OH + H2O → 2H2?+ CH3COOH），在270℃平和前提下实现高通量氢气制备，同时联产高值化学品(乙酸)。此进程从反映泉源打消了CO2直接排放，同时将反映物中的碳资本高抉择性地转化为液态化学品。这一结果不只为氢能工业的碳中跟转型供给了新的范式，也为生物资资本“氢气-化学品联产”的轮回经济形式奠基了主要基本。该研讨结果于2025年2月14日以“Thermal catalytic reforming for hydrogen production with zero CO2?emission”为题宣布在最新一期的Science杂志（DOI: 10.1126/science.adt0682）。催化剂冲破：原子级精准计划跟构造调控，实现高效稳固制氢研讨团队开辟的新型铂-铱双金属催化剂（PtIr/α-MoC），其中心翻新在于原子标准的界面工程计划。单原子辨别的高压扫描透射电镜（STEM）电子能量丧失谱（EELS）成像剖析标明，在3wt%负载的3Pt/α-MoC催化剂中，Pt物种重要以单原子跟团簇的情势存在于MoC名义，此中Pt团簇的尺寸约为1 nm。而在催化剂中引入邻近载量的Ir物种后，3Pt3Ir/α-MoC催化剂中Pt物种的疏散性失掉了明显晋升，同时Ir重要以高疏散的单原子情势存在。这一成果源于原子级疏散的Pt跟Ir物种与α-MoC载体之间差别水平的强彼此感化，此中Ir优先在载体名义落位，无效增进了Pt的疏散，同时束缚了Pt颗粒的天生，从而构建高密度的界面催化活性位点，而且防止贵金属颗粒的构成，无效克制了催化进程中C-C键的断裂。这一计划确保了催化剂可能在平和前提下高效活化乙醇-水系统，并坚持临时稳固性。催化机能评估表现，该催化剂在270°C前提下，氢气产率到达331.3毫摩尔每克催化剂每小时，乙酸抉择性高达84.5%，而且在长达100小时的稳固性测试中表示出优良的抗掉活才能。比拟传统乙醇-水重整反映，这一新技巧不只能耗更低、愈加环保，同时供给了一条绿色制备乙酸的新门路。迈向可连续将来的要害一步从工业化角度来看，该绿色制氢-联产化学品技巧展示出了可不雅的经济潜力。研讨团队评价发明，每吨乙醇可联产1.3吨乙酸，而乙酸作为基本化工质料，在寰球的年需要量超越1500万吨。与传统石化法制乙酸比拟，该新工艺可增加62%的碳排放，构成 制氢-储碳-产酸 的闭环体系，可在醋酸纤维、医药旁边体等范畴构成低碳替换计划。这一研讨不只为可连续氢能经济供给了新的处理计划，也为将来氢气出产与贮存技巧的开展开拓了新偏向。跟着寰球动力系统向低碳化转型，这项冲破性的催化技巧无望成为推进绿色氢能工业的主要助力，为实现寰球碳中跟目的奉献要害力气。在本研讨中，周武课题组初次应用单原子辨别的高压STEM- EELS成像技巧，实现了对催化剂上周期表中相邻贵金属物种的原子级化学成像，清楚提醒了载体上单原子Ir物种对Pt物种疏散度的增进感化。与惯例STEM-HAADF原子序数衬度（Z-contrast）剖析比拟，该方式在多元素混杂的庞杂系统中展示出明显上风，可能更精准地剖析双金属催化剂系统，乃至更庞杂的催化剂系统中负载金属之间以及负载金属-载体之间的强彼此感化。这一技巧为深刻懂得催化剂活性晋升机制供给了直接的构造证据，对高效催化剂系统的计划跟优化存在主要意思。该论文第一作者包含北京年夜学特聘副研讨员彭觅、已出站博士后葛玉振、内蒙古年夜学教学高瑞、中国迷信技巧年夜学博士生杨杰、以及中国迷信院年夜学已结业博士生李傲雯。该研讨任务取得科技部国度重点研发打算、中国迷信院稳固支撑基本研讨范畴青年团队名目、国度天然迷信基金、腾讯基金会迷信摸索奖、新基石研讨员名目、北京分子迷信国度研讨核心、中国迷信院年夜学电子显微学试验室等赞助。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt0682周武教学课题组主页：https://zhouwu.ucas.ac.cn/图1. PtIr/α-MoC催化剂的构造剖析图2. PtIr/α-MoC催化剂的催化机能