生物乙醇作为一种绿色制氢原料，因其可再生性、高含氢量及安全的储运特性，近年来受到了广泛关注。科学家们正致力于开发更高效、更环保的制氢技术，以期推动氢能产业的碳中和转型。
近日，一项由中国科学院大学周武课题组、北京大学马丁课题组以及英国卡迪夫大学等机构联合开展的研究取得了突破性进展。他们创新性地提出了基于金属-碳化钼体系的“选择性部分重整”制氢新技术，并于2025年2月14日在《科学》杂志上发表了相关研究成果。
这项技术的核心在于通过原子级精准设计和调控铂/铱（Pt/Ir）双金属与α-MoC界面的相互作用，成功将乙醇-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。这一转变使得反应能够在270℃的温和条件下进行，不仅实现了零碳排放的高效氢气制备，还联产了高价值的化学品乙酸。
传统的乙醇-水重整制氢技术需要在400~600℃的高温下进行，不仅能耗高，而且难以避免乙醇分子C-C键断裂导致的二氧化碳排放。催化剂的积碳和烧结失活问题也限制了其工业化应用。而新型铂-铱双金属催化剂（PtIr/α-MoC）的提出，则有效解决了这些问题。
该催化剂的创新之处在于其原子尺度的界面工程设计。通过单原子分辨的低压扫描透射电镜（STEM）电子能量损失谱（EELS）成像分析，研究人员发现，在3wt%负载的3Pt/α-MoC催化剂中，Pt物种主要以单原子和团簇的形式存在于MoC表面。而当引入相近载量的Ir物种后，Pt物种的分散性得到显著提升，同时Ir主要以高分散的单原子形式存在。这种原子级分散的Pt和Ir物种与α-MoC载体之间的强相互作用，构建了高密度的界面催化活性位点，有效避免了贵金属颗粒的形成，抑制了催化过程中C-C键的断裂。
催化性能评价结果显示，该催化剂在270℃条件下，氢气产率高达331.3毫摩尔每克催化剂每小时，乙酸选择性达到84.5%。在长达100小时的稳定性测试中，该催化剂表现出优异的抗失活能力。相比传统乙醇-水重整反应，这一新技术不仅能耗更低、更环保，还为绿色制备乙酸提供了新路径。
周武课题组首次利用单原子分辨的低压STEM-EELS成像技术，实现了对催化剂上相邻贵金属物种的原子级化学成像。这一技术相比常规STEM-HAADF原子序数衬度分析，在多元素混合的复杂体系中展现出明显优势，能够更精准地解析双金属催化剂体系中的强相互作用。这一发现为探讨催化剂活性提升机制提供了直接的结构证据，对高效催化剂体系的设计和优化具有重要意义。
这一研究成果的发布，标志着我国在绿色制氢技术领域取得了重要进展，为氢能产业的碳中和转型提供了有力支持。随着相关技术的不断推广和应用，我们有理由相信，一个更加清洁、高效的能源时代即将到来。
