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運特性，近年來受到了廣泛關注。科學家們正致力于開發更高效、更環保的制氫技術，以期推動氫能產業的碳中和轉型。
近日，一項由中國科學院大學周武課題組、北京大學馬丁課題組以及英國卡迪夫大學等機構聯合開展的研究取得了突破性進展。他們創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，并于2025年2月14日在《科學》雜志上發表了相關研究成果。
這項技術的核心在于通過原子級精準設計和調控鉑/銥（Pt/Ir）雙金屬與α-MoC界面的相互作用，成功將乙醇-水重整反應從傳統的完全重整路徑轉變為選擇性部分重整路徑。這一轉變使得反應能夠在270℃的溫和條件下進行，不僅實現了零碳排放的高效氫氣制備，還聯產了高價值的化學品乙酸。
傳統的乙醇-水重整制氫技術需要在400~600℃的高溫下進行，不僅能耗高，而且難以避免乙醇分子C-C鍵斷裂導致的二氧化碳排放。催化劑的積碳和燒結失活問題也限制了其工業化應用。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題。
該催化劑的創新之處在于其原子尺度的界面工程設計。通過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，研究人員發現，在3wt%負載的3Pt/α-MoC催化劑中，Pt物種主要以單原子和團簇的形式存在于MoC表面。而當引入相近載量的Ir物種后，Pt物種的分散性得到顯著提升，同時Ir主要以高分散的單原子形式存在。這種原子級分散的Pt和Ir物種與α-MoC載體之間的強相互作用，構建了高密度的界面催化活性位點，有效避免了貴金屬顆粒的形成，抑制了催化過程中C-C鍵的斷裂。
催化性能評價結果顯示，該催化劑在270℃條件下，氫氣產率高達331.3毫摩爾每克催化劑每小時，乙酸選擇性達到84.5%。在長達100小時的穩定性測試中，該催化劑表現出優異的抗失活能力。相比傳統乙醇-水重整反應，這一新技術不僅能耗更低、更環保，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，實現了對催化劑上相鄰貴金屬物種的原子級化學成像。這一技術相比常規STEM-HAADF原子序數襯度分析，在多元素混合的復雜體系中展現出明顯優勢，能夠更精準地解析雙金屬催化劑體系中的強相互作用。這一發現為探討催化劑活性提升機制提供了直接的結構證據，對高效催化劑體系的設計和優化具有重要意義。
這一研究成果的發布，標志著我國在綠色制氫技術領域取得了重要進展，為氫能產業的碳中和轉型提供了有力支持。隨著相關技術的不斷推廣和應用，我們有理由相信，一個更加清潔、高效的能源時代即將到來。
