近日，新能源動力研究所黃震院士團隊周寶文副教授課題組在利用工業(yè)余熱多相催化液態(tài)載氫體高效穩(wěn)定制氫方面取得新進展。研究成果“Highly efficient heterogeneous thermal catalysis for noble-metal-free hydrogen production from formic acid”發(fā)表在Nature Communications上。新能源動力研究所博士生邱亮為論文第一作者，周寶文副教授、上海交大中英國際低碳學院姚琳副教授、北京大學王平助理教授與中山大學蔣志偉副研究員為共同通訊作者。
液態(tài)氫載體（Liquid Hydrogen Carriers -LHCs）可依托化石燃料成熟的基礎設施為解決氫氣的儲運難題提供新方案。甲酸因無毒、低可燃性、高儲氫密度等優(yōu)點成為研究的熱點，多相催化憑借可重復使用、結構穩(wěn)定、易規(guī)模化等優(yōu)勢，更加適配產業(yè)化的需求。然而，當前技術高度依賴貴金屬催化劑，且面臨活性有限、選擇性低、壽命短等諸多問題。開發(fā)無貴金屬多相催化劑實現(xiàn)甲酸高效穩(wěn)定脫氫具有重要意義。
本研究以一維GaN納米線為載體、Mn摻雜Ni-O-P納米簇為活性組分，構建了高效催化體系，在150℃下實現(xiàn)了優(yōu)異的甲酸脫氫性能，P引入與Mn摻雜使產氫速率達29.92 mol·gcat-1·h-1，TOF達31019.2 h-1，超越多數(shù)貴金屬催化劑。該體系在運行4000小時后活性僅下降約10%。此外，原位光譜、質譜以及同位素標記研究揭示了微量水促進甲酸脫氫的新機制：水在界面解離形成的吸附*OH參與H交換過程，穩(wěn)定了關鍵HCOO*中間體并活化了反應分子，從而顯著提升脫氫選擇性、抑制副反應；DFT計算進一步證實該機制可降低反應能壘、改變決速步驟。工業(yè)原型樣機設計與蒸汽渦輪發(fā)電場景模擬分析驗證了該體系利用低品位工業(yè)廢熱驅動甲酸制氫的技術可行性。該研究不僅開發(fā)了具有長壽命與優(yōu)異抗積碳、抗CO毒化性能的無貴金屬多相催化體系，突破了傳統(tǒng)貴金屬催化劑在成本與穩(wěn)定性上的限制，而且為利用工業(yè)廢熱通過液態(tài)氫載體原位制氫，滿足多元用氫場景（交通、發(fā)電、化工、冶煉等）需求，助力實現(xiàn)碳中和目標提供了新的技術路徑。
該研究得到了國家重點研發(fā)計劃氫能技術重點專項、國家海外高層次人才青年項目、國家自然科學基金面上項目、上海市基礎研究特區(qū)計劃等資助。
周寶文課題組致力于面向碳中和的智慧能源器件—系統(tǒng)—解決方案，開展太陽能煉化/人工光合作用、綠氫和可再生燃料、下一代電池技術、廢棄物資源化利用以及AI+能源催化等領域研究，在Nat. Catal., Nat. Photonics., PNAS等期刊發(fā)表研究成果。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67895-y
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