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本报北京2月17日电（记者晋浩天）氢能作为未来全球能源体系重要支柱，其生产方式直接关系到全球碳中和目标的实现。北京大学马丁教授团队及合作者通过两条互补的技术路径，在高效、稳定、清洁、低成本制氢技术领域取得了重要突破与里程碑式进展，可以在不排放二氧化碳的情况下实现氢气的高效生产。相关研究成果于13日、14日连续两天在国际学术期刊《自然》和《科学》上发表。
马丁介绍，《自然》刊发的《惰性纳米覆盖层保护铂—氮化钼实现稳定产氢》研究文章，聚焦催化剂“长寿”难题，团队延续了在甲醇和水重整制氢方面的深厚积累，创新性引入稀土元素对催化剂进行改造，开发出一种全新的高活性产氢催化剂稳定策略。研究发现，通过在铂—氮化钼催化剂表面构筑稀土氧化物“保护罩”，精准保护界面催化结构，在不牺牲催化剂超高活性的前提下，催化剂稳定性大幅提升。“就像一把锋利的菜刀，切菜非常快，但用久了就容易生锈变钝，该研究类似于给菜刀穿上一件特殊的‘防护衣’，让它既能保持‘锋利’，又能‘防锈’，大大延长了使用寿命。”
马丁说，该新型稀土改性催化剂在甲醇重整制氢反应中展现出超过1000小时的稳定性而未有明显失活，催化剂中每个铂原子可催化产生1500万个氢分子，催化转化数超过了此前报道最高纪录一个数量级。“这一突破为高效、稳定的制氢技术提供了全新思路，为贵金属催化剂的低成本、高稳定性应用提供了可行方案，预计未来将在绿色能源、氢燃料电池、可持续化学工业等领域发挥重要作用，加速迈向零碳排放的未来。”
同步发表在《科学》杂志的《零二氧化碳排放的热催化重整制氢》研究文章，则瞄准乙醇和水分子重整制氢的“零碳”目标。团队另辟蹊径，开发了一种高效的铂—铱双金属界面催化剂，通过原子级精准设计、调控双金属—碳化钼界面，不仅实现了水分子和乙醇分子的高效活化，还巧妙避免了乙醇分子碳—碳化学键的断裂，将乙醇—水重整反应从传统的“完全重整”路径转变为“选择性部分重整”路径，在270℃温和条件下实现高通量氢气制备，同时联产高值化学品乙酸，并实现了零二氧化碳排放。“这一重大成果为零碳排放的工业制氢奠定了坚实基础。随着全球能源体系向低碳化转型，这项突破性催化技术有望成为推动绿色氢能产业的重要助力，助力全球碳中和目标的实现。”
马丁告诉记者，寻找可持续的方法生产日常所需产品，并实现未来的净零排放目标，是化工行业面临的关键挑战。氢气因可从天然气中提取而被广泛认为是实现这一目标的重要途径。不过，在传统生产方式下，这一产氢过程极其耗能，会产生大量二氧化碳，从而削弱其环境效益。“我们的研究提出了一种新路径，可在不排放二氧化碳的情况下实现高效产氢。”
他表示，稀土改性催化剂显著提升了制氢效率和使用寿命，为大规模工业化生产氢气提供了可能；而零二氧化碳排放制氢—联产化学品技术，则开创了一种全新的绿色化学路径，不仅减少了碳排放，还实现了资源的高效利用。这两项技术突破相辅相成，有望从根本上改变氢能的生产和应用模式，为构建可持续能源体系奠定坚实基础。
