綠色未來：零碳排放的乙醇熱催化制氫

在2025年2月14日的《科學》雜志上，一篇由Mi Peng等人撰寫的文章揭示了一種全新的熱催化方法，用于通過部分重整乙醇生產氫氣和醋酸，幾乎實現零二氧化碳排放。這一創(chuàng)新技術不僅為未來的化學工業(yè)提供了新的解決方案，還展示了如何更高效、環(huán)保地利用可再生能源。

一、傳統(tǒng)制氫方法的困境

當前，化石燃料的重整是工業(yè)用氫的主要來源，但這種方法伴隨著大量的二氧化碳排放。雖然水電解和生物質氣化等“綠色”替代方案能夠減少碳足跡，但它們在效率、成本效益和可擴展性方面仍面臨挑戰(zhàn)。而乙醇的部分氧化和完全蒸汽重整雖然具有一些優(yōu)勢，但前者的產氫率較低，后者則需要高溫，容易引發(fā)副反應，且將大量碳原子轉化為二氧化碳，浪費了寶貴的碳資源。

二、新催化劑：高效與選擇性的完美結合

為了克服上述問題，研究團隊開發(fā)了一種高分散的Pt/Ir金屬催化劑，并負載在α-鉬碳化物（a-MoC）上。這種催化劑在較低的溫度下就能高效地促進乙醇部分蒸汽重整生成氫氣和醋酸。實驗結果顯示，3Pt3Ir/a-MoC催化劑在270°C時，每小時每克催化劑能產生331.3毫摩爾的氫氣，并且醋酸的選擇性高達84.5%。

三、催化劑的設計與制備

選擇a-MoC作為反應載體是關鍵，因為它具有在低溫下激活水的獨特能力，并且與貴金屬之間有強相互作用，能形成高密度的界面活性位點。通過共負載Pt和Ir，研究人員成功提高了Pt的分散度，從而構建了一個具有高原子級界面位點的催化劑，這有助于乙醇向醋酸的高效選擇性轉化。

四、實驗結果與理論支持

實驗中，原位光譜和傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析表明，3Pt3Ir/a-MoC催化劑在室溫下就能有效解離乙醇和水，生成醋酸和氫氣。理論計算進一步揭示了該催化劑在抑制不希望的副反應（如乙醛和其他副產品的形成）方面的優(yōu)越性。此外，該催化劑在長達100小時的耐久性測試中表現出色，氫氣生成速率僅下降了21%。

五、經濟可行性與環(huán)境影響

技術經濟分析和生命周期評估顯示，使用3Pt3Ir/a-MoC的重整工廠在銷售回報率（ROS）上極具吸引力，超過了化工行業(yè)的平均水平。更重要的是，與傳統(tǒng)方法相比，該方法在整個催化劑壽命期間，氫氣和醋酸生產的碳排放分別減少了21.9%和38.6%，化石能源消耗也顯著降低。

六、結語與展望

這項研究不僅展示了一種高效、環(huán)保的制氫方法，還強調了合理設計和構建高原子級界面位點的重要性。通過避免大金屬團簇的形成，研究人員成功地將乙醇部分重整的反應路徑調整為高選擇性地生成醋酸，同時實現了前所未有的低溫度下的高氫氣生成活性。這一過程在工業(yè)規(guī)模上具有可擴展性和盈利潛力，為可持續(xù)的綠色制氫提供了一條光明的道路。

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