近年來，生物乙醇因可再生性、高含氫量及良好的儲運安全性，成為備受關注的綠色制氫原料。中國科學院大學周武課題組聯合北京大學馬丁課題組、英國卡迪夫大學等機構，開創性地提出了金屬-碳化鉬體系“選擇性部分重整”制氫新技術。相關成果已于 2025 年 2 月 14 日發表在《科學》上。

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??▲ PtIr/α-MoC 催化劑的結構分析
? 據介紹，這一技術通過原子級精準設計、調控鉑 / 銥（Pt / Ir）雙金屬-α-MoC 界面，將乙醇-水重整反應從傳統的完全重整（氧化）路徑轉變為選擇性部分重整路徑（C2H5OH + H2O → 2H2?+ CH3COOH）。
? 該技術可在 270℃溫和條件下實現零碳排放的高效氫氣制備，同時聯產高值化學品乙酸，為氫能產業的碳中和轉型提供了全新范式。

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? ▲ PtIr/α-MoC 催化劑的催化性能
傳統乙醇-水重整制氫技術需在 400~600℃高溫下進行，能耗高且難以避免乙醇分子 C-C 鍵斷裂導致的 CO?排放。此外，催化劑易積碳和燒結失活，限制了其工業化應用。
? 新型鉑-銥雙金屬催化劑（PtIr/α-MoC）的核心創新在于原子尺度的界面工程設計。單原子分辨的低壓掃描透射電鏡（STEM）電子能量損失譜（EELS）成像分析表明，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，其中 Pt 團簇的尺寸約為 1nm。而在催化劑中引入相近載量的 Ir 物種后，3Pt3Ir/α-MoC 催化劑中 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。這些發現源于原子級分散的 Pt 和 Ir 物種與 α-MoC 載體之間不同程度的強相互作用。其中，Ir 優先在載體表面落位，促進 Pt 的分散并約束 Pt 顆粒的生成，進而構建高密度的界面催化活性位點，避免貴金屬顆粒的形成，抑制催化過程中 C-C 鍵的斷裂。這一設計確保催化劑能夠在溫和條件下高效活化乙醇-水體系并保持長期穩定性。
? 催化性能評價顯示，該催化劑在 270°C 條件下，氫氣產率達 331.3 毫摩爾每克催化劑每小時，乙酸選擇性達 84.5%，且在長達 100 小時的穩定性測試中表現出優異的抗失活能力。相比于傳統乙醇-水重整反應，這一新技術能耗更低、更加環保，并提供了綠色制備乙酸的新路徑。
? 在該研究中，周武課題組首次利用單原子分辨的低壓 STEM-EELS 成像技術，實現了對催化劑上周期表中相鄰貴金屬物種的原子級化學成像，揭示了載體上單原子 Ir 物種對 Pt 物種分散度的促進作用。與常規 STEM-HAADF 原子序數襯度分析相比，這一技術在多元素混合的復雜體系中展現出優勢，能夠更精準地解析雙金屬催化劑體系，甚至更復雜的催化劑體系中負載金屬之間以及負載金屬-載體之間的強相互作用。該技術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。

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