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北大马丁团队合作创制超长寿命制氢催化剂

日期:2025年02月18日 来源:北京大学 作者: 【打印】 【关闭】

  《自然》杂志2月12日刊发了一项颠覆性催化技术突破:北京大学马丁教授团队与中国科学院大学周武教授团队合作,成功开发出全球首例兼具超高活性与超长稳定性的甲醇-水重整制氢催化剂。该研究通过独创的稀土氧化物"纳米防护盾"技术,将铂基催化剂的持续工作时间提升至1000小时以上,催化转化数(TON)突破1500万次大关,为氢能规模化应用扫除关键障碍。

  研究团队聚焦困扰催化领域多年的"活性-稳定性权衡"难题,针对用于甲醇-水重整(MSR)制氢的高活性Pt/α-MoC体系存在的致命缺陷展开攻关。传统铂/立方相碳化钼催化剂虽在低温条件下展现卓越制氢效率和超高催化活性,但活性载体遇水氧化导致结构退化的问题始终无解——这直接造成现有催化剂平均寿命不足200小时。

  研究团队创造性地在Pt/γ-Mo₂N催化剂表面构筑镧系氧化物纳米覆盖层,形成三重防护机制:

  1.  物理屏障:薄至单原子厚的惰性La₂O₃层隔绝水分子与高活性载体直接接触

  2.  结构调控:稀土保护层阻止Pt物种的迁移和聚集

  3.  位点锁定:选择性覆盖非必要表面位点,保留关键催化活性界面

  这种"精准防护"理念带来惊人效果:在240°C反应条件下,新型Pt/La-Mo₂N催化剂的衰减速率较传统催化剂降低两个数量级,持续运行42天后仍保持98%以上初始活性。其1500万的催化转化数更是刷新该领域世界纪录,相当于单个Pt原子在运行周期内可以制备超过1500万个氢气分子,为长期稳定制氢提供技术保障。

图1. Pt/La-Mo₂N催化剂的结构及产氢催化性能。

  该论文通讯作者是北京大学的马丁教授和中国科学院大学的周武教授。北京大学博士后高子睿,中国科学院大学已毕业博士生李傲雯,北京大学访问学者刘兴武,北京大学特聘副研究员彭觅以及博士研究生于士翔为该论文的共同第一作者。该研究工作获得了科技部国家重点研发计划、尊龙凯时、北京分子科学国家研究中心、新基石研究员项目、北京高校卓越青年科学家计划项目、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目、中国科学院大学电子显微学实验室等资助和支持。

  全文链接:http://www.nature.com/articles/s41586-024-08483-w

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